DE112017008225T5 - Halbleitermodul, Leistungsumwandlungsvorrichtung und beweglicher Körper - Google Patents

Halbleitermodul, Leistungsumwandlungsvorrichtung und beweglicher Körper Download PDF

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Abstract

Ein Halbleitermodul (100) enthält: einen ersten Anschlussteilbereich (1) und einen zweiten Anschlussteilbereich (2), die jeweils mit der Außenseite verbunden sind; und einen ersten Strompfad (CP1) und einen zweiten Strompfad (CP2), um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich (1) und dem zweiten Anschlussteilbereich (2) parallel zu verbinden. Der erste Strompfad (CP1) enthält: eine erste Halbleitervorrichtung (3A); einen ersten Verdrahtungsteilbereich (4A), um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich (1) und der ersten Halbleitervorrichtung (3A) zu verbinden; und einen zweiten Verdrahtungsteilbereich (5A), um zwischen der ersten Halbleitervorrichtung (3A) und dem zweiten Anschlussteilbereich (2) zu verbinden. Der zweite Strompfad (CP2) enthält: eine zweite Halbleitervorrichtung (3B); einen dritten Verdrahtungsteilbereich (4B), um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich (1) und der zweiten Halbleitervorrichtung (3B) zu verbinden; und einen vierten Verdrahtungsteilbereich (5B), um zwischen der zweiten Halbleitervorrichtung (3B) und dem zweiten Anschlussteilbereich (2) zu verbinden. Eine Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung (3A) ist geringer als eine Stromleitfähigkeit der zweiten Halbleitervorrichtung (3B), und ein Gesamtbetrag einer Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs (4A) und einer Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs (5A) ist geringer als ein Gesamtbetrag einer Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs (4B) und einer Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs (5B).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitermodul, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung und einen beweglichen Körper, insbesondere ein Halbleitermodul, das miteinander parallel verbundene Halbleitervorrichtungen enthält, eine das Halbleitermodul enthaltende Leistungsumwandlungsvorrichtung und einen die Leistungsumwandlungsvorrichtung enthaltenden beweglichen Körper.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Ein elektrisch angetriebener beweglicher Körper enthält eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, um empfangene Leistung umzuwandeln und die umgewandelte Leistung abzugeben. Solch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung enthält eine Hauptumwandlungsschaltung mit Halbleitervorrichtungen. In den letzten Jahren wurde, um einen beweglichen Körper bereitzustellen, der einen großen Leistungsbetrag bewältigen kann, gefordert, eine Stromkapazität der Hauptumwandlungsschaltung zu erhöhen. Ein Verfahren zum Erhöhen der Stromkapazität der Hauptumwandlungsschaltung besteht darin, eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen zwischen zwei Anschlüssen, die mit einer DC-Stromversorgung verbunden sind, in der Hauptumwandlungsschaltung parallel zu verbinden.
  • Solche eine Hauptumwandlungsschaltung kann nicht normal betrieben werden, wenn die Lebensdauer irgendeiner der Vielzahl von miteinander parallel verbundenen Halbleitervorrichtungen abgelaufen ist. Das heißt, die Lebensdauer der Hauptumwandlungsschaltung fällt mit der Halbleitervorrichtung mit der kürzesten Lebensdauer unter der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen zusammen.
  • Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-7958 (Patentliteratur 1) offenbart eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, welche enthält: eine Vielzahl von miteinander parallel verbundenen Halbleitervorrichtungen; und einen Parallelverbindungs-Teilbereich, um zwischen jeder Halbleitervorrichtung und einer DC-Stromversorgung zu verbinden. Der Parallelverbindungs-Teilbereich ist vorgesehen, um zwischen den jeweiligen Halbleitervorrichtungen und der DC-Stromversorgung mit Verdrahtungen mit der gleichen Länge zu verbinden, um eine einheitliche Impedanz in Strompfaden zwischen den jeweiligen Halbleitervorrichtungen und der DC-Stromversorgung zu erreichen.
  • ZITATLISTE
  • PATENTLITERATUR
  • PTL 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 7-7958
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • In der in Patentliteratur 1 beschriebenen Leistungsumwandlungsvorrichtung wird jedoch eine Variation in Charakteristiken (Stromleitfähigkeiten (engl.: power conduction capabilities)) unter den montierten Halbleitervorrichtungen nicht berücksichtigt.
  • Im Allgemeinen sind die Stromleitfähigkeiten der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen der gleichen Spezifikation unterschiedlich. In dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Halbleitermodul ist die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen der gleichen Spezifikation mit den Verdrahtungen mit der gleichen Länge durch den Parallelverbindungs-Teilbereich mit der DC-Stromversorgung verbunden. Daher führt die Variation in den Stromleitfähigkeiten der Halbleitervorrichtungen zu einer Variation in Werten von in den Halbleitervorrichtungen fließenden Strömen. Infolgedessen sind im Halbleitermodul der Patentliteratur 1 aufgrund einer Variation in den den Halbleitervorrichtungen auferlegten Lasten die Lebensdauern der Halbleitervorrichtungen ebenfalls unterschiedlich. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass die Lebensdauer des Halbleitermoduls der Patentliteratur 1 ausreichend verlängert wird, mit dem Ergebnis, dass die Zuverlässigkeit nicht ausreichend verbessert werden kann.
  • Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleitermodul bereitzustellen, das eine Vielzahl von miteinander parallel verbundenen Halbleitervorrichtungen enthält und das verglichen mit dem oben beschriebenen herkömmlichen Halbleitermodul eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.
  • LÖSUNG FÜR DAS PROBLEM
  • Ein Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: einen ersten Anschlussteilbereich und einen zweiten Anschlussteilbereich, die jeweils mit der Außenseite verbunden sind; und einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und dem zweiten Anschlussteilbereich parallel zu verbinden. Der erste Strompfad enthält: eine erste Halbleitervorrichtung; einen ersten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der ersten Halbleitervorrichtung zu verbinden; und einen zweiten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen der ersten Halbleitervorrichtung und dem zweiten Anschlussteilbereich zu verbinden. Der zweite Strompfad enthält: eine zweite Halbleitervorrichtung; einen dritten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der zweiten Halbleitervorrichtung zu verbinden; und einen vierten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen der zweiten Halbleitervorrichtung und dem zweiten Anschlussteilbereich zu verbinden. Eine Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung ist geringer als eine Stromleitfähigkeit der zweiten Halbleitervorrichtung, und ein Gesamtbetrag einer Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs und einer Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs ist geringer als ein Gesamtbetrag einer Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs und einer Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • In dem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Gesamtbetrag der Impedanzen des ersten Verdrahtungsteilbereichs und des zweiten Verdrahtungsteilbereichs, die mit der ersten Halbleitervorrichtung mit einer verhältnismäßig geringen Stromleitfähigkeit verbunden sind, geringer als der Gesamtbetrag der Impedanzen des dritten Verdrahtungsteilbereichs und des vierten Verdrahtungsteilbereichs, die mit der zweiten Halbleitervorrichtung mit einer verhältnismäßig hohen Stromleitfähigkeit verbunden sind. Dementsprechend wird in dem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung eine Variation in den Impedanzen zwischen dem ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad so unterdrückt, dass sie geringer als eine Variation in den Stromleitfähigkeiten zwischen der ersten Halbleitervorrichtung und der zweiten Halbleitervorrichtung ist. Infolgedessen ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Halbleitermodul mit einer im Vergleich zum oben beschriebenen herkömmlichen Halbleitermodul verbesserten Zuverlässigkeit bereitzustellen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine Draufsicht einer in 1 gezeigten Halbleitervorrichtung.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, wenn sie von einem Liniensegment III-III in 1 aus betrachtet wird.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, wenn sie von einem Liniensegment IV-IV in 1 aus betrachtet wird.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, wenn sie von einem Liniensegment V-V in 1 aus betrachtet wird.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht, wenn sie von einem Liniensegment VI-VI in 1 aus betrachtet wird.
    • 7 ist ein Schaltungsdiagramm des Halbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • 10 ist ein Blockdiagramm, das einen beweglichen Körper gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Das Folgende beschreibt Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren. Es sollte besonders erwähnt werden, dass in den im Folgenden beschriebenen Figuren den gleichen oder entsprechenden Teilbereichen die gleichen Bezugszeichen gegeben sind und sie nicht wiederholt beschrieben werden.
  • Erste Ausführungsform
  • Wie in 1 und 7 gezeigt ist, enthält ein Halbleitermodul 100 gemäß einer ersten Ausführungsform: einen ersten Anschlussteilbereich 1 und einen zweiten Anschlussteilbereich 2, die jeweils mit der Außenseite verbunden sind; und einen ersten Strompfad CP1, einen zweiten Strompfad CP2 und einen dritten Strompfad CP3, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 parallel zu verbinden. Der erste Anschlussteilbereich 1 ist mit einer Seite der positiven Elektrode einer DC-Stromversorgung verbunden, die außerhalb des Halbleitermoduls 100 angeordnet ist. Der zweite Anschlussteilbereich 2 ist mit einer Seite der negativen Elektrode der DC-Stromversorgung verbunden. Der erste Anschlussteilbereich 1 ist auf einer später beschriebenen ersten Verdrahtung 10 vorgesehen. Der zweite Anschlussteilbereich 2 ist auf einer später beschriebenen zweiten Verdrahtung 11 vorgesehen.
  • Wie in 7 gezeigt ist, enthält der erste Strompfad CP1: eine erste Halbleitervorrichtung 3A; einen ersten Verdrahtungsteilbereich 4A, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der ersten Halbleitervorrichtung 3A zu verbinden; und einen zweiten Verdrahtungsteilbereich 5A, um zwischen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 zu verbinden.
  • Wie in 7 gezeigt ist, enthält der zweite Strompfad CP2: eine zweite Halbleitervorrichtung 3B; einen dritten Verdrahtungsteilbereich 4B, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B zu verbinden; und einen vierten Verdrahtungsteilbereich 5B, um zwischen der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 zu verbinden.
  • Wie in 7 gezeigt ist, enthält der dritte Strompfad CP3: eine dritte Halbleitervorrichtung 3C; einen fünften Verdrahtungsteilbereich 4C, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der dritten Halbleitervorrichtung 3C zu verbinden; und einen sechsten Verdrahtungsteilbereich 5C, um zwischen der dritten Halbleitervorrichtung 3C und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 zu verbinden.
  • Die erste Halbleitervorrichtung 3A, die zweite Halbleitervorrichtung 3B und die dritte Halbleitervorrichtung 3C sind gemäß der gleichen Spezifikation ausgelegt und hergestellt. Wie in 7 gezeigt ist, enthält beispielsweise jede der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C: ein erstes Halbleiterelement und ein zweites Halbleiterelement, die miteinander in Reihe geschaltet sind; ein drittes Halbleiterelement, das mit dem ersten Halbleiterelement parallel geschaltet ist; und ein viertes Halbleiterelement, das mit dem zweiten Halbleiterelement parallel geschaltet ist. Das erste Halbleiterelement und das zweite Halbleiterelement weisen beispielsweise äquivalente Charakteristiken auf. Das dritte Halbleiterelement und das vierte Halbleiterelement weisen beispielsweise äquivalente Charakteristiken auf. Jedes des ersten Halbleiterelements und des zweiten Halbleiterelements kann ein beliebiges Schaltelement wie etwa ein Bipolartransistor oder ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) sein. Jedes des dritten Halbleiterelements und des vierten Halbleiterelements ist beispielsweise eine Reflux-Diode. Ein Material jeder der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C enthält ein Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke wie etwa Siliziumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder Diamant (C). Das Material enthält beispielsweise SiC.
  • Wie in 7 gezeigt ist, ist in jeder der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C der Emitteranschluss des ersten Halbleiterelements mit dem Kollektoranschluss des zweiten Halbleiterelements verbunden. Jeder der Ausgangsanschlüsse der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist zwischen den Emitteranschluss eines entsprechenden ersten Halbleiterelements und den Kollektoranschluss eines entsprechenden zweiten Halbleiterelements geschaltet. Die Anoden des dritten Halbleiterelements und des vierten Halbleiterelements sind mit den jeweiligen Emitteranschlüssen des ersten Halbleiterelements und des zweiten Halbleiterelements verbunden. Die Kathoden des dritten Halbleiterelements und des vierten Halbleiterelements sind mit den jeweiligen Kollektoranschlüssen des ersten Halbleiterelements und des zweiten Halbleiterelements verbunden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind in Draufsicht jeweilige Kollektoranschlüsse 7A, 7B, 7C der ersten Halbleiterelemente der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C mit Zwischenräumen von Emitteranschlüssen 8A, 8B, 8C der zweiten Halbleiterelemente angeordnet. In der Draufsicht ist jeder der Ausgangsanschlüsse 9A, 9B, 9C der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C zwischen einem entsprechenden der Kollektoranschlüsse 7A, 7B, 7C der ersten Halbleiterelemente und einem entsprechenden der Emitteranschlüsse 8A, 8B, 8C der zweiten Halbleiterelemente angeordnet. Die Ausgangsanschlüsse 9A, 9B, 9C sind beispielsweise bezüglich der Emitteranschlüsse 8A, 8B, 8C der zweiten Halbleiterelemente nahe den Kollektoranschlüssen 7A, 7B, 7C der ersten Halbleiterelemente angeordnet.
  • Wie in 1 und 7 gezeigt ist, ist der Kollektoranschluss 7A des ersten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A über den ersten Verdrahtungsteilbereich 4A mit dem ersten Anschlussteilbereich 1 verbunden. Der Kollektoranschluss 7B des ersten Halbleiterelements der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist über den dritten Verdrahtungsteilbereich 4B mit dem ersten Anschlussteilbereich 1 verbunden. Der Kollektoranschluss 7C des ersten Halbleiterelements der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist über den ersten Verdrahtungsteilbereich 4A und den fünften Verdrahtungsteilbereich 4C mit dem ersten Anschlussteilbereich 1 verbunden.
  • Wie in 1 und 7 gezeigt ist, ist der Emitteranschluss 8A des zweiten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A über einen zweiten Verdrahtungsteilbereich 5A mit dem zweiten Anschlussteilbereich 2 verbunden. Der Emitteranschluss 8B des zweiten Halbleiterelements der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist über einen vierten Verdrahtungsteilbereich 5B mit dem zweiten Anschlussteilbereich 2 verbunden. Der Emitteranschluss 8C des zweiten Halbleiterelements der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist über einen sechsten Verdrahtungsteilbereich 5C mit dem zweiten Anschlussteilbereich 2 verbunden.
  • Eine Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist geringer als eine Stromleitfähigkeit der zweiten Halbleitervorrichtung 3B. Die Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist geringer als die Stromleitfähigkeit der dritten Halbleitervorrichtung 3C. Die Stromleitfähigkeit jeder der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C bezieht sich auf eine Fließfähigkeit eines Stroms zwischen dem Kollektor und Emitter jeder Halbleitervorrichtung, wenn die Halbleitervorrichtung in einen spezifischen Zustand versetzt ist. Das heißt, die Stromleitfähigkeit jeder Halbleitervorrichtung bezieht sich auf eine Charakteristik bezüglich einer Impedanz der Halbleitervorrichtung. Eine geringe Stromleitfähigkeit bedeutet eine hohe Impedanz. Außerdem kann beispielsweise, wenn jede Halbleitervorrichtung das erste Halbleiterelement und das zweite Halbleiterelement, die in Reihe geschaltet sind, enthält, die Stromleitfähigkeit der Halbleitervorrichtung gemäß einem Durchschnittswert der Stromleitfähigkeit des ersten Halbleiterelements und der Stromleitfähigkeit des zweiten Halbleiterelements der Halbleitervorrichtung bewertet werden oder kann gemäß der Stromleitfähigkeit des ersten Halbleiterelements der Halbleitervorrichtung als ein repräsentativer Wert bewertet werden oder kann gemäß der Stromleitfähigkeit des zweiten Halbleiterelements der Halbleitervorrichtung als ein repräsentativer Wert bewertet werden. Wenn die Stromleitfähigkeit jeder Halbleitervorrichtung gemäß dem repräsentativen Wert der Stromleitfähigkeiten der Vielzahl von Halbleiterelementen bewertet wird, wird die Stromleitfähigkeit eines Halbleiterelements mit der gleichen Beziehung mit dem ersten Anschlussteilbereich 1 oder zweiten Anschlussteilbereich 2 in Bezug auf eine Verbindung damit als der repräsentative Wert verwendet.
  • Die Stromleitfähigkeit kann beispielsweise durch zumindest einen der folgenden Parameter repräsentiert werden.
  • In einem ersten Beispiel wird die Stromleitfähigkeit als Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung Vce(sat) ausgedrückt. Die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung Vce(sat) bezieht sich auf eine Kollektor-Emitter-Spannung, wenn jeder Halbleitervorrichtung ein Nennstrom zugeführt wird. Die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist höher als jede der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannungen der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C.
  • In einem zweiten Beispiel wird die Stromleitfähigkeit als Gate-Schwellenspannung Vge(th) ausgedrückt. Die Gate-Schwellenspannung Vge(th) bezieht sich auf eine Gatespannung, die erforderlich ist, damit ein Strom, der 1/10000-mal so groß wie der Nennstrom ist, fließt, wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen dem Kollektor und Emitter jeder Halbleitervorrichtung angelegt wird. Die Gate-Schwellenspannung der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist höher als jede der Gate-Schwellenspannungen der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C.
  • In einem dritten Beispiel wird die Stromleitfähigkeit als Verzögerungszeit tdon eines Leitungsbeginns ausgedrückt. Die Verzögerungszeit tdon eines Leitungsbeginns bezieht sich auf eine Verzögerungszeit von der Anlegung einer vorbestimmten Gatespannung an jede Halbleitervorrichtung, bis ein Strom mit einem vorbestimmten Wert zwischen dem Kollektor und dem Emitter fließt. Die Verzögerungszeit tdon eines Leitungsbeginns der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist länger als jede der Verzögerungszeiten tdon eines Leitungsbeginns der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C.
  • Von einem unterschiedlichen Standpunkt aus kann man sagen, dass eine innere Impedanz der ersten Halbleitervorrichtung 3A höher als eine innere Impedanz jeder der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist.
  • Wie in 1 und 7 gezeigt ist, sind der ersten Verdrahtungsteilbereich 4A, der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B und der fünfte Verdrahtungsteilbereich 4C miteinander parallel verbunden. Der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A, der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B und der sechste Verdrahtungsteilbereich 5C sind miteinander parallel verbunden.
  • Wie in 1 gezeigt ist, verbindet der ersten Verdrahtungsteilbereich 4A zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7A des zweiten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A über die kürzeste Distanz. Der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A verbindet über die kürzeste Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und dem Emitteranschluss 8A des ersten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A.
  • Wie in 1 gezeigt ist, verbindet der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B über die kürzeste Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7B des zweiten Halbleiterelements der zweiten Halbleitervorrichtung 3B. Der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B verbindet über die kürzeste Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und dem Emitteranschluss 8B des ersten Halbleiterelements der zweiten Halbleitervorrichtung 3B.
  • Wie in 1 gezeigt ist, verbindet der fünfte Verdrahtungsteilbereich 4C über die kürzeste Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7C des zweiten Halbleiterelements der dritten Halbleitervorrichtung 3C. Der sechste Verdrahtungsteilbereich 5C verbindet über die kürzeste Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und dem Emitteranschluss 8C des ersten Halbleiterelements der dritten Halbleitervorrichtung 3C.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist die Summe der Länge des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Länge des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A so ausgelegt, dass sie geringer als die Summe der Länge des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Länge des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B ist. Das heißt, die Summe der Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7A des zweiten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und dem Emitteranschluss 8A des ersten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist so ausgelegt, dass sie geringer als die Summe der Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7B des zweiten Halbleiterelements der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und dem Emitteranschluss 8B des ersten Halbleiterelements der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist die Summe der Länge des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Länge des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A so ausgelegt, dass sie geringer als die Summe der Länge des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C und der Länge des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C ist. Das heißt, die Summe der Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7A des zweiten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und dem Emitteranschluss 8A des ersten Halbleiterelements der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist so ausgelegt, dass sie geringer als die Summe der Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7C des zweiten Halbleiterelements der dritten Halbleitervorrichtung 3C und der Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und dem Emitteranschluss 8C des ersten Halbleiterelements der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist. Das heißt, wie in 1 gezeigt ist, ist die erste Halbleitervorrichtung 3A zwischen der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C in einer zweiten Richtung B angeordnet, die zu einer ersten Richtung A orthogonal ist, die zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 über die kürzeste Distanz verbindet. Mit anderen Worten ist die erste Halbleitervorrichtung 3A mit der geringsten Stromleitfähigkeit bezüglich der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C nahe dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 angeordnet.
  • Wie in 1 gezeigt ist, sind der Kollektoranschluss 7A, der Kollektoranschluss 7B und der Kollektoranschluss 7C bezüglich des Emitteranschlusses 8A, des Emitteranschlusses 8B und des Emitteranschlusses 8C nahe dem ersten Anschlussteilbereich 1 angeordnet. Der Emitteranschluss 8A, der Emitteranschluss 8B und der Emitteranschluss 8C sind bezüglich des Kollektoranschlusses 7A, des Kollektoranschlusses 7B und des Kollektoranschlusses 7C nahe dem zweiten Anschlussteilbereich 2 angeordnet. Bevorzugter sind die erste Halbleitervorrichtung 3A, die zweite Halbleitervorrichtung 3B und die dritte Halbleitervorrichtung 3C parallel zueinander angeordnet. Das heißt, ein Leitungssegment, das zwischen dem Kollektoranschluss 7A und dem Emitteranschluss 8A verbindet, ist parallel zu einem Leitungssegment, das zwischen dem Kollektoranschluss 7B und dem Emitteranschluss 8B verbindet, und einem Leitungssegment, das zwischen dem Kollektoranschluss 7C und dem Emitteranschluss 8C verbindet, angeordnet. Jedes dieser Leitungssegmente ist entlang der oben beschriebenen ersten Richtung A angeordnet. Es sollte besonders erwähnt werden, dass beispielsweise eine Oberfläche jeder der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C, die deren in 1 gezeigten Oberfläche entgegengesetzt ist, an einem in der Figur nicht dargestellten Gehäuse befestigt ist.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist eine minimale Dicke W1 des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A so ausgelegt, dass sie gleich der minimalen Dicke des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B ist. Die minimale Dicke des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A ist so ausgelegt, dass sie gleich der minimalen Dicke des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C ist. Die minimale Dicke des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A ist so ausgelegt, dass sie gleich der minimalen Dicke des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B ist. Die minimale Dicke des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A ist so ausgelegt, dass sie gleich der minimalen Dicke des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C ist.
  • Da der erste Verdrahtungsteilbereich 4A, der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B und der fünfte Verdrahtungsteilbereich 4C sowie der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A, der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B und der sechste Verdrahtungsteilbereich 5C so ausgelegt sind, dass sie die oben beschriebenen Längen und Dicken aufweisen, ist der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A geringer als der Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B. Der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A ist geringer als der Gesamtbetrag der Impedanz des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C und der Impedanz des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C.
  • Eine Differenz zwischen dem Gesamtbetrag der Impedanzen des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A und dem Gesamtbetrag der Impedanzen des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B ist geringer als eine oder gleich einer Differenz zwischen der inneren Impedanz der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der inneren Impedanz der zweiten Halbleitervorrichtung 3B. Dementsprechend ist eine Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1, die dem Gesamtbetrag der jeweiligen Impedanzen des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, der ersten Halbleitervorrichtung 3A und des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A entspricht, und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2, die dem Gesamtbetrag der jeweiligen Impedanzen des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B entspricht, geringer als die Differenz zwischen den inneren Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B.
  • Eine Differenz zwischen dem Gesamtbetrag der Impedanzen des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A und dem Gesamtbetrag der Impedanzen des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C ist geringer als die oder gleich der Differenz zwischen der inneren Impedanz der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der inneren Impedanz der dritten Halbleitervorrichtung 3C. Dementsprechend ist im Halbleitermodul 100 die Differenz zwischen den Impedanzen des ersten Strompfads CP1 und des dritten Strompfads CP3 geringer als die Differenz zwischen den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der dritten Halbleitervorrichtung 3C.
  • Wie in 1 gezeigt ist, enthält die Halbleitervorrichtung 100 ferner einen dritten Anschlussteilbereich 9, der mit einer außerhalb angeordneten Last verbunden ist. Jeder der Ausgangsanschlüsse der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist über einen später beschriebenen dritten Leiter 6 mit dem dritten Anschlussteilbereich 9 verbunden.
  • Der erste Verdrahtungsteilbereich 4A, der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B und der fünfte Verdrahtungsteilbereich 4C, von denen jeder eine beliebige Konfiguration aufweisen kann, sind beispielsweise wie in 1 gezeigt in einem Stück vorgesehen. Das heißt, der erste Verdrahtungsteilbereich 4A, der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B und der fünfte Verdrahtungsteilbereich 4C sind als Teilbereiche eines ersten Leiters 4 konfiguriert. Der erste Leiter 4 und der dritte Leiter 6 sind beispielsweise als Teilbereiche einer ersten Verdrahtung 10 konfiguriert.
  • Der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A, der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B und der sechste Verdrahtungsteilbereich 5C, von denen jeder eine beliebige Konfiguration aufweisen kann, sind beispielsweise wie in 1 gezeigt in einem Stück vorgesehen. Der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A, der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B und der sechste Verdrahtungsteilbereich 5C sind beispielsweise als Teilbereiche eines zweiten Leiters 5 konfiguriert. Der zweite Leiter 5 ist zum Beispiel als Teilbereich einer zweiten Verdrahtung 11 konfiguriert.
  • Wie in 3 und 4 gezeigt ist, umfasst die erste Verdrahtung 10 hauptsächlich einen ersten Anschlussteilbereich 1, den ersten Leiter 4, den dritten Leiter 6, einen dritten Anschlussteilbereich 9, eine Vielzahl vierter Anschlussteilbereiche 12A, 12B, 12C, Isolierungsteilbereiche 31, 32, 33 und eine Vielzahl von Verbindungsteilbereichen 34, 35, 36A, 36B, 36C. Die vierten Anschlussteilbereiche 12A, 12B, 12C sind Teilbereiche in Kontakt mit den Kollektoranschlüssen 7A, 7B, 7C der Halbleitervorrichtungen und sind über die Verbindungsteilbereiche 36A, 36B, 36C mit dem ersten Leiter 4 verbunden.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist beispielsweise der erste Anschlussteilbereich 1 auf einer Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 31 vorgesehen und ist über den im Isolierungsteilbereich 31 angeordneten Verbindungsteilbereich 34 mit dem ersten Leiter 4 verbunden. Der dritte Anschlussteilbereich 9 ist beispielsweise auf der Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 31 vorgesehen und ist über den im Isolierungsteilbereich 31, ersten Leiter 4 und Isolierungsteilbereich 33 angeordneten Verbindungsteilbereich 35 mit dem dritten Leiter 6 verbunden. Der Verbindungsteilbereich 35 ist vom ersten Leiter 4 elektrisch isoliert.
  • Wie in 4 gezeigt ist, ist beispielsweise der vierte Anschlussteilbereich 12A auf einer Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 31 angeordnet und ist über den im Isolierungsteilbereich 31 angeordneten Verbindungsteilbereich 36A mit dem ersten Verdrahtungsteilbereich 4A des ersten Leiters 4 verbunden. Beispielsweise ist der vierte Anschlussteilbereich 12B auf der Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 31 angeordnet und über den im Isolierungsteilbereich 31 angeordneten Verbindungsteilbereich 36B mit dem dritten Verdrahtungsteilbereich 4B des ersten Leiters 4 verbunden. Der vierte Anschlussteilbereich 12C ist beispielsweise auf der Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 31 angeordnet und über den im Isolierungsteilbereich 31 angeordneten Verbindungsteilbereich 36C mit dem fünften Verdrahtungsteilbereich 4C des ersten Leiters 4 verbunden.
  • Wie in 5 und 6 gezeigt ist, umfasst die zweite Verdrahtung 11 beispielsweise hauptsächlich einen zweiten Anschlussteilbereich 2, einen zweiten Leiter 5, Isolierungsteilbereiche 41, 42, eine Vielzahl fünfter Anschlussteilbereiche 13A, 13B, 13C und eine Vielzahl von Verbindungsteilbereichen 43, 44A, 44B und 44C. Die fünften Anschlussteilbereiche 13A, 13B, 13C sind Teilbereiche in Kontakt mit den Emitteranschlüssen 8A, 8B, 8C der Halbleitervorrichtungen und sind über Verbindungsteilbereiche 44A, 44B, 44C mit dem zweiten Leiter 5 verbunden.
  • Wie in 5 gezeigt ist, ist beispielsweise der zweite Anschlussteilbereich 2 auf der Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 41 angeordnet und ist über den im Isolierungsteilbereich 41 angeordneten Verbindungsteilbereich 43 mit dem zweiten Leiter 5 verbunden.
  • Wie in 6 gezeigt ist, ist beispielsweise der fünfte Anschlussteilbereich 13A auf einer Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 41 angeordnet und ist über den im Isolierungsteilbereich 41 angeordneten Verbindungsteilbereich 44A mit dem zweiten Verdrahtungsteilbereich 5A verbunden. Der fünfte Anschlussteilbereich 13B ist beispielsweise auf der Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 41 angeordnet und ist über den im Isolierungsteilbereich 41 angeordneten Verbindungsteilbereich 44B mit dem vierten Verdrahtungsteilbereich 5B des zweiten Leiters 5 verbunden. Der fünfte Anschlussteilbereich 13C ist beispielsweise auf der Oberfläche des Isolierungsteilbereichs 41 angeordnet und ist über den im Isolierungsteilbereich 41 angeordneten Verbindungsteilbereich 44C mit dem sechsten Verdrahtungsteilbereich 5C des zweiten Leiters 5 verbunden.
  • Die Vielzahl von Verbindungsteilbereichen 36A, 36B, 36C weist einander äquivalente Konfigurationen auf. Das heißt, die Impedanzen der Vielzahl von Verbindungsteilbereichen 36A, 36B, 36C sind einander gleich. Die Vielzahl von Verbindungsteilbereichen 44A, 44B, 44C weist einander äquivalente Konfigurationen auf. Das heißt, die Impedanzen der Vielzahl von Verbindungsteilbereichen 44A, 44B, 44C sind einander gleich.
  • Jeder des ersten Leiters 4, des zweiten Leiters 5, des dritten Leiters 6 und der Vielzahl von Verbindungsteilbereichen kann aus einem beliebigen Material mit elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Deren Beispiele schließen Kupfer (Cu) oder Aluminium (AI) ein. Jeder der Vielzahl von Verbindungsteilbereichen kann als Befestigungsbauteil zum Befestigen des Halbleitermoduls 100 an der Außenseite wie etwa eine Schraube konfiguriert sein. Jeder der Isolierungsteilbereiche 31, 32, 33, 41, 42 kann aus einem beliebigen Material mit einer elektrischen Isolierungseigenschaft wie etwa einem Harz bestehen.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass die erste Verdrahtung 10 als laminierte Sammelschiene konfiguriert sein kann, in der der erste Leiter 4 und der dritte Leiter 6 durch die Isolierungsteilbereiche 31, 32, 33 laminiert sind. Die zweite Verdrahtung 11 kann als Sammelschiene konfiguriert sein, in der der zweite Leiter 5 durch die Isolierungsteilbereiche 41, 42 laminiert ist. Außerdem kann jeder des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C als Leiterbahn konfiguriert sein. Jeder des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A, des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C kann als Leiterbahn konfiguriert sein. Außerdem kann jeder des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C als Leiterrahmen konfiguriert sein. Jeder des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A, des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C kann als Leiterrahmen konfiguriert sein.
  • Wie in 2 gezeigt ist, ist zum Beispiel jede der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C versehen mit: einem ersten Gateanschluss 20, der mit dem Gate des ersten Halbleiterelements verbunden ist; einem zweiten Gateanschluss 21, der mit dem Gate des zweiten Halbleiterelements verbunden ist; einem ersten Emitter-Hilfsanschluss 22, der mit dem Emitter des ersten Halbleiterelements verbunden ist; und einem zweiten Emitter-Hilfsanschluss 23, der mit dem Emitter des zweiten Halbleiterelements verbunden ist.
  • <Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls>
  • Als Nächstes beschreibt das Folgende ein Verfahren zum Herstellen des Halbleitermoduls 100. Zuerst werden die erste Halbleitervorrichtung 3A, die zweite Halbleitervorrichtung 3B und die dritte Halbleitervorrichtung 3C, von denen jede die gleiche Spezifikation aufweist, vorbereitet.
  • Als Nächstes werden die Stromleitfähigkeiten der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C, die so vorbereitet wurden, bewertet. Beispielsweise wird zumindest einer der drei oben beschriebenen Parameter gemessen. Ein bestehendes Messverfahren kann genutzt werden, um jeden der Parameter zu messen. Dementsprechend wird eine Variation in Stromleitfähigkeiten zwischen der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C bewertet, die gemäß der gleichen Spezifikation ausgelegt und hergestellt sind. Als Ergebnis wird in diesem Schritt festgestellt, dass die Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung 3A geringer als die Stromleitfähigkeit jeder der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist, und es wird festgestellt, wie gering die Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Stromleitfähigkeit jeder der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C beispielsweise im Vorhinein gemessen werden kann und überprüft werden kann, wenn die erste Halbleitervorrichtung 3A, die zweite Halbleitervorrichtung 3B und die dritte Halbleitervorrichtung 3C hergestellt werden. Die Bewertung der Stromleitfähigkeit kann beispielsweise unter Verwendung eines der oben beschriebenen drei Parameter durchgeführt werden, die in einem bei Herstellung jeder der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C erstellten Zeugnis beschrieben werden.
  • Basierend auf dem Bewertungsergebnis im vorherigen Schritt wird als Nächstes eine Beziehung der relativen Positionierung zwischen der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C im Halbleitermodul 100 bestimmt. Konkret wird eine Beziehung einer Positionierung jeder der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C in Bezug auf den ersten Anschlussteilbereich 1 und den zweiten Anschlussteilbereich 2 bestimmt.
  • Danach werden die erste Verdrahtung 10 und die zweite Verdrahtung 11 vorbereitet. Die erste Verdrahtung 10 und die zweite Verdrahtung 11 werden so vorbereitet, dass die Differenz zwischen den Impedanzen des ersten Strompfads CP1 und des zweiten Strompfads CP2 geringer als die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist, und so, dass die Differenz zwischen den Impedanzen des ersten Strompfads CP1 und des dritten Strompfads CP3 geringer als die Differenz zwischen den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der dritten Halbleitervorrichtung 3C ist.
  • Danach werden basierend auf der im vorherigen Schritt bestimmten Beziehung einer Positionierung die erste Halbleitervorrichtung 3A, die zweite Halbleitervorrichtung 3B und die dritte Halbleitervorrichtung 3C im Halbleitermodul 100 befestigt. Die erste Halbleitervorrichtung 3A mit einer verhältnismäßig geringen Stromleitfähigkeit wird bezüglich der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C, die jeweils eine verhältnismäßig hohe Stromleitfähigkeit aufweisen, nahe dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 angeordnet. Ferner werden die erste Verdrahtung 10 und die zweite Verdrahtung 11, die im vorherigen Schritt vorbereitet wurden, mit der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C verbunden. Dementsprechend wird jeder des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B, des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B, des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C ausgebildet, wodurch das Halbleitermodul 100 hergestellt wird.
  • <Funktion und Effekt>
  • Der in der Patentliteratur 1 beschriebene Parallelverbindungs-Teilbereich ist vorgesehen, um zwischen den Halbleitervorrichtungen und der DC-Stromversorgung mit den Verdrahtungen mit der gleichen Länge zu verbinden, um so eine einheitliche Impedanz in den Strompfaden zwischen den Halbleitervorrichtungen und der DC-Stromversorgung zu erreichen. Wenn eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen mit der gleichen Spezifikation und mit einer Variation in Stromleitfähigkeiten durch solch einen Parallelverbindungs-Teilbereich parallel verbunden ist, ist dementsprechend eine Differenz zwischen den Impedanzen der parallel ausgebildeten Strompfade gleich einer Differenz zwischen den Impedanzen der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen. Dementsprechend sind in der den Parallelverbindungs-Teilbereich enthaltenden Leistungsumwandlungsvorrichtung aufgrund der Variation in den Stromleitfähigkeiten unter der Vielzahl von Halbleitervorrichtungen den Halbleitervorrichtungen auferlegte Lasten unterschiedlich, was somit eine Variation in den Lebensdauern der Halbleitervorrichtungen zur Folge hat. Infolgedessen ist es schwierig, die Lebensdauer solch einer Leistungsumwandlungsvorrichtung ausreichend zu verlängern.
  • Um dies anzugehen, enthält das Halbleitermodul 100: einen ersten Anschlussteilbereich 1 und einen zweiten Anschlussteilbereich 2, die jeweils mit der Außenseite verbunden sind; und einen ersten Strompfad CP1 und einen zweiten Strompfad CP2, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 parallel zu verbinden. Der erste Strompfad CP1 enthält: die erste Halbleitervorrichtung 3A; den ersten Verdrahtungsteilbereich 4A, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der ersten Halbleitervorrichtung 3A zu verbinden; und einen zweiten Verdrahtungsteilbereich 5A, um zwischen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 zu verbinden. Der zweite Strompfad CP2 enthält: die zweite Halbleitervorrichtung 3B; den dritten Verdrahtungsteilbereich 4B, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B zu verbinden; und den vierten Verdrahtungsteilbereich 5B, um zwischen der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 zu verbinden. Die Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist geringer als die Stromleitfähigkeit der zweiten Halbleitervorrichtung 3B, und der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A ist geringer als der Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B.
  • Im Halbleitermodul 100 sind der erste Verdrahtungsteilbereich 4A, der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A, der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B und der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B ausgelegt, um die Variation in den Stromleitfähigkeiten der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B zu eliminieren. Dementsprechend wird die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2 des Halbleitermoduls 100 so unterdrückt, dass sie verglichen mit einem Fall gering ist, in dem die erste Halbleitervorrichtung 3A und die zweite Halbleitervorrichtung 3B durch den oben beschriebenen Parallelverbindungs-Teilbereich verbunden sind. Von einem anderen Standpunkt aus kann man sagen, dass die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2 des Halbleitermoduls 100 so unterdrückt wird, dass sie geringer als die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist.
  • Daher wird im Halbleitermodul 100 eine Variation in einem Wert eines im ersten Strompfad CP1 fließenden Stroms und einem Wert eines im zweiten Strompfad CP2 fließenden Werts so unterdrückt, dass sie geringer als eine Variation in den Werten von Strömen ist, die in jeweilige Strompfade in der herkömmlichen Leistungsumwandlungsvorrichtung fließen, die den oben beschriebenen Parallelverbindungs-Teilbereich enthält. Infolgedessen wird die Zuverlässigkeit des Halbleitermoduls 100 verglichen mit der herkömmlichen Leistungsumwandlungsvorrichtung ausreichend verbessert.
  • Ferner enthält das Halbleitermodul 100 überdies den dritten Strompfad CP3. Der dritte Strompfad CP3 enthält: die dritte Halbleitervorrichtung 3C; den fünften Verdrahtungsteilbereich 4C, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der dritten Halbleitervorrichtung 3C zu verbinden; und den sechsten Verdrahtungsteilbereich 5C, um zwischen der dritten Halbleitervorrichtung 3C und dem zweiten Anschlussteilbereich 2 zu verbinden. Die Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist geringer als die Stromleitfähigkeit der dritten Halbleitervorrichtung 3C, und der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A ist geringer als der Gesamtbetrag der Impedanz des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C und der Impedanz des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C. Dementsprechend wird eine Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des dritten Strompfads CP3 so unterdrückt, dass sie verglichen mit einem Fall gering ist, in dem die erste Halbleitervorrichtung 3A, die zweite Halbleitervorrichtung 3B und die dritte Halbleitervorrichtung 3C durch den oben beschriebenen Parallelverbindungs-Teilbereich verbunden sind.
  • Im Halbleitermodul 100 verbindet in Draufsicht der erste Verdrahtungsteilbereich 4A zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der ersten Halbleitervorrichtung 3A über die kürzeste Distanz. In der Draufsicht verbindet der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und der ersten Halbleitervorrichtung 3A über die kürzeste Distanz. In der Draufsicht verbindet der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B über die kürzeste Distanz. In der Draufsicht verbindet der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B über die kürzeste Distanz. Die Summe der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der kürzesten Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und der ersten Halbleitervorrichtung 3A ist geringer als die Summe der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der kürzesten Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B.
  • Auf diese Weise kann der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A geringer sein als der Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B.
  • Außerdem ist solch ein Halbleitermodul 100 besonders geeignet, wenn ein Ort, an welchem eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen angeordnet werden kann, beschränkt ist. In solch einem Fall treten unvermeidlich Differenzen zwischen der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und der dritten Halbleitervorrichtung 3C auf. Gemäß dem Halbleitermodul 100 können, indem man derartige Differenzen zwischen den kürzesten Distanzen nutzt, Differenzen zwischen der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C auftreten. Dementsprechend wird gemäß dem Halbleitermodul 100, während der oben beschriebene Parallelverbindungs-Teilbereich zum Erreichen der gleichen Verdrahtungslängen ohne Ausnutzung der Differenzen zwischen den kürzesten Distanzen unnötig ist, verglichen mit der herkömmlichen Leistungsumwandlungsvorrichtung, die den oben beschriebenen Parallelverbindungs-Teilbereich nutzt, die Zuverlässigkeit ausreichend verbessert werden.
  • Im Halbleitermodul 100 ist jede der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ein Bipolartransistor. Die Stromleitfähigkeit kann beispielsweise eine Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung sein. Wenn die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung der ersten Halbleitervorrichtung 3A höher als die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist, ist der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A geringer als der Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B.
  • Auf diese Weise ist die erste Halbleitervorrichtung 3A, die eine verhältnismäßig hohe Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung aufweist und in der Strom weniger wahrscheinlich fließt, mit dem ersten Verdrahtungsteilbereich 4A und dem zweiten Verdrahtungsteilbereich 5A verbunden, von denen jeder eine verhältnismäßig geringe Impedanz aufweist und in denen jeweils Strom wahrscheinlicher fließt, und die zweite Halbleitervorrichtung 3B, die eine verhältnismäßig niedrige Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung aufweist und in der Strom wahrscheinlicher fließt, ist mit dem dritten Verdrahtungsteilbereich 4B und dem vierten Verdrahtungsteilbereich 5B verbunden, von denen jeder eine verhältnismäßig hohe Impedanz aufweist und in denen jeweils Strom weniger wahrscheinlich fließt. Gemäß dem Halbleitermodul 100 wird daher verglichen mit einem Fall, in dem der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A gleich dem Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B ist, die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2 so unterdrückt, dass sie geringer als die Variation in der Impedanz der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der Impedanz der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist. Infolgedessen wird im Halbleitermodul 100 ungeachtet der Variation in den Stromleitfähigkeiten der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B die Zuverlässigkeit ausreichend verbessert.
  • Beispielsweise kann ferner in einem Halbleitermodul 100, das für eine Hauptumwandlungsschaltung einer Leistungsumwandlungsvorrichtung für elektrische Eisenbahnen genutzt wird, die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung jedes Halbleiterelements in vielen Fällen vergleichsweise leicht gemessen werden. Infolgedessen kann das Halbleitermodul 100 vergleichsweise leicht hergestellt werden, indem die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung als die oben beschriebene Stromleitfähigkeit genutzt wird.
  • Im Halbleitermodul 100 ist jede der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ein Transistor vom Gate-Typ. Die oben beschriebene Stromleitfähigkeit kann beispielsweise eine Gate-Schwellenspannung sein. Wenn die Gate-Schwellenspannung der ersten Halbleitervorrichtung 3A höher als die Gate-Schwellenspannung der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist, ist der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A geringer als der Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B.
  • Auf diese Weise ist die erste Halbleitervorrichtung 3A, die eine verhältnismäßig hohe Gate-Schwellenspannung aufweist und in der Strom weniger wahrscheinlich fließt, mit dem ersten Verdrahtungsteilbereich 4A und dem zweiten Verdrahtungsteilbereich 5A verbunden, von denen jeder eine verhältnismäßig geringe Impedanz aufweist und in denen jeweils Strom wahrscheinlicher fließt, und eine zweite Halbleitervorrichtung 3B, die eine verhältnismäßig niedrige Gate-Schwellenspannung aufweist und in der Strom wahrscheinlicher fließt, ist mit dem dritten Verdrahtungsteilbereich 4B und dem vierten Verdrahtungsteilbereich 5B verbunden, von denen jeder eine verhältnismäßig hohe Impedanz aufweist und in denen jeweils Strom weniger wahrscheinlich fließt. Gemäß dem Halbleitermodul 100 wird deshalb die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2 so unterdrückt, dass sie geringer als eine Variation in der Impedanz der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der Impedanz der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist, verglichen mit einem Fall, in dem der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A gleich dem Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B ist. Infolgedessen wird im Halbleitermodul 100 ungeachtet der Variation in den Stromleitfähigkeiten der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B die Zuverlässigkeit ausreichend verbessert.
  • Im Halbleitermodul 100 kann die Stromleitfähigkeit eine Verzögerungszeit eines Leitungsbeginns sein. Wenn die Verzögerungszeit eines Leitungsbeginns der ersten Halbleitervorrichtung 3A länger als die Verzögerungszeit eines Leitungsbeginns der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist, ist der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A geringer als der Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B.
  • Auf diese Weise ist die erste Halbleitervorrichtung 3A, für die die Verzögerungszeit eines Leitungsbeginns verhältnismäßig lang ist und in der aufgrund einer langsamen Schaltgeschwindigkeit Strom weniger wahrscheinlich fließt, mit dem ersten Verdrahtungsteilbereich 4A und dem zweiten Verdrahtungsteilbereich 5A verbunden, von denen jeder eine verhältnismäßig geringe Impedanz aufweist und in denen jeweils Strom wahrscheinlicher fließt, und die zweite Halbleitervorrichtung 3B, für die die Verzögerungszeit eines Leitungsbeginns verhältnismäßig kurz ist und in der aufgrund einer schnellen Schaltgeschwindigkeit Strom wahrscheinlicher fließt, ist mit dem dritten Verdrahtungsteilbereich 4B und dem vierten Verdrahtungsteilbereich 5B verbunden, von denen jeder eine verhältnismäßig hohe Impedanz aufweist und in denen jeweils Strom weniger wahrscheinlich fließt. Gemäß dem Halbleitermodul 100 wird deshalb die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2 so unterdrückt, dass sie geringer als die Variation in der Impedanz der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der Impedanz der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ist, verglichen mit einem Fall, in dem der Gesamtbetrag der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A gleich dem Gesamtbetrag der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und der Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B ist. Infolgedessen ist im Halbleitermodul 100 ungeachtet der Variation in den Stromleitfähigkeiten der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B die Zuverlässigkeit hoch.
  • Zweite Ausführungsform
  • Wie in 8 gezeigt ist, hat ein Halbleitermodul 101 gemäß einer zweiten Ausführungsform im Grunde die gleiche Konfiguration wie diejenige des Halbleitermoduls 100 gemäß der ersten Ausführungsform, ist aber davon insofern verschieden, als sich die Dicke des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A von der Dicke jedes des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C unterscheidet. Im Halbleitermodul 100 sind die Differenzen zwischen den Impedanzen der Verdrahtungsteilbereiche gemäß den Differenzen zwischen den kürzesten Distanzen zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 oder dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und den jeweiligen Halbleitervorrichtungen, die über entsprechende Verdrahtungsteilbereiche verbunden sind, ausgelegt. Auf der anderen Seite sind im Halbleitermodul 101 die Differenzen zwischen den Impedanzen der Verdrahtungsteilbereiche gemäß den Differenzen zwischen den kürzesten Distanzen zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 oder dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und den jeweiligen Halbleitervorrichtungen, welche über entsprechende Verdrahtungsteilbereiche verbunden sind, sowie Differenzen zwischen den Dicken der Verdrahtungsteilbereiche ausgelegt.
  • Wie in 8 gezeigt ist, ist eine minimale Dicke W1 des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A so vorgesehen, dass sie beispielsweise dicker als eine minimale Dicke W2 des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und die minimale Dicke des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C ist. Die minimale Dicke W2 des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B ist beispielsweise gleich der minimalen Dicke des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C.
  • Außerdem kann beispielsweise die minimale Dicke W1 des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A so vorgesehen werden, dass sie dünner als die minimale Dicke W2 des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und die minimale Dicke des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C ist.
  • Gemäß solch einem Halbleitermodul 101 werden die Impedanzen des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C gemäß den kürzesten Distanzen und den minimalen Dicken des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C gesteuert. Daher kann die Impedanz jedes des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C im Halbleitermodul 101 detaillierter als jede von jenem des Halbleitermoduls 100 gesteuert werden. Infolgedessen kann im Halbleitermodul 101 die Impedanz des ersten Strompfads CP1 gleich der Impedanz jedes des zweiten Strompfads CP2 und des dritten Strompfads CP3 sein.
  • Wenn die minimale Dicke W1 des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A so vorgesehen ist, dass sie dicker als die minimale Dicke W2 des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und die minimale Dicke des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C ist, kann außerdem eine Differenz zwischen der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B so ausgelegt werden, dass sie um eine Differenz zwischen deren minimalen Dicken größer als eine Differenz zwischen der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B im Halbleitermodul 100 ist.
  • Das Halbleitermodul 101 ist daher geeignet, wenn eine Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B größer als die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B im Halbleitermodul 100 ist. Das heißt, das Halbleitermodul 101 ist, wenn berücksichtigt wird, dass die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B noch groß ist, im Hinblick auf eine Verbesserung der Zuverlässigkeit des Halbleitermoduls geeignet, selbst wenn die Variation um die Differenz zwischen der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7A der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7B der zweiten Halbleitervorrichtung 3B reduziert ist. Auch in solch einem Fall sind gemäß dem Halbleitermodul 101 der erste Verdrahtungsteilbereich 4A, der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A, der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B und der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B ausgelegt, um die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ausreichend zu eliminieren. Die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2 kann daher so unterdrückt werden, dass sie ausreichend gering ist. Infolgedessen wird die Zuverlässigkeit des Halbleitermoduls 101 ausreichend verbessert, selbst wenn die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B vergleichsweise groß ist.
  • Wenn die minimale Dicke des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A so vorgesehen ist, dass sie dicker als jede der minimalen Dicken des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C ist, kann außerdem eine Differenz zwischen der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B so ausgelegt werden, dass sie um eine Differenz zwischen deren minimalen Dicken geringer als eine Differenz zwischen der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B im Halbleitermodul 100 ist.
  • Solch ein Halbleitermodul 101 ist geeignet, wenn die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B geringer als die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A und der Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B im Halbleitermodul 100 ist. Das heißt, das Halbleitermodul 101 ist geeignet, wenn die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B geringer als die Differenz in Impedanzen ist, die durch die Differenz zwischen der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7A der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und dem Kollektoranschluss 7B der zweiten Halbleitervorrichtung 3B realisiert wird, wenn die erste Halbleitervorrichtung 3A und die zweite Halbleitervorrichtung 3B an bestimmten Stellen angeordnet sind. Auch in solch einem Fall werden gemäß dem Halbleitermodul 101 der erste Verdrahtungsteilbereich 4A, der zweite Verdrahtungsteilbereich 5A, der dritte Verdrahtungsteilbereich 4B und der vierte Verdrahtungsteilbereich 5B ausgelegt, um die Variation in den Impedanzen der ersten Halbleitervorrichtung 3A und der zweiten Halbleitervorrichtung 3B ausreichend zu eliminieren. Die Differenz zwischen der Impedanz des ersten Strompfads CP1 und der Impedanz des zweiten Strompfads CP2 kann daher so unterdrückt werden, dass sie ausreichend gering ist.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass die minimale Dicke des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A so vorgesehen werden kann, dass sie dicker oder dünner als jede der minimalen Dicken des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C ist. Außerdem kann die minimale Dicke W1 des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A so vorgesehen werden, dass sie dicker oder dünner als die minimale Dicke W2 des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und die minimale Dicke des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C ist, und die minimale Dicke des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A kann so vorgesehen werden, dass sie dicker oder dünner als jede der minimalen Dicken des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C ist.
  • <Modifikation>
  • In jedem der Halbleitermodule 100, 101 verbindet jeder des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C zwischen dem ersten Anschlussteilbereich 1 und einem entsprechenden der Kollektoranschlüsse der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C über die kürzeste Distanz; die Konfiguration ist aber nicht darauf beschränkt. Jeder des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A, des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C verbindet gleichfalls zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich 2 und einem entsprechenden der Kollektoranschlüsse der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C über die kürzeste Distanz; die Konfiguration ist aber nicht auf darauf beschränkt.
  • Die Verdrahtungslänge jedes Verdrahtungsteilbereichs kann geeignet ausgelegt werden, solange zumindest eine der Differenzen zwischen den Impedanzen des ersten Verdrahtungsteilbereichs 4A, des dritten Verdrahtungsteilbereichs 4B und des fünften Verdrahtungsteilbereichs 4C und der Differenzen zwischen den Impedanzen des zweiten Verdrahtungsteilbereichs 5A, des vierten Verdrahtungsteilbereichs 5B und des sechsten Verdrahtungsteilbereichs 5C dafür ausgelegt ist, die Variation in den Stromleitfähigkeiten der ersten Halbleitervorrichtung 3A, der zweiten Halbleitervorrichtung 3B und der dritten Halbleitervorrichtung 3C zu reduzieren.
  • Dritte Ausführungsform
  • Die vorliegende Ausführungsform wird erhalten, indem das Halbleitermodul 100 oder 101 gemäß der oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform für eine Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendet werden. Obgleich die vorliegende Ausführungsform nicht auf eine spezifische Leistungsumwandlungsvorrichtung beschränkt ist, beschreibt das Folgende einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung für einen Dreiphasen-Inverter als dritte Ausführungsform verwendet wird. 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems darstellt, für das eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird.
  • Das in 9 dargestellte Leistungsumwandlungssystem umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200, eine Stromversorgung 300 und eine Last 400. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 ist ein zwischen die Stromversorgung 300 und die Last 400 geschalteter Dreiphasen-Inverter und wandelt von der Stromversorgung 300 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt der Last 400 die AC-Leistung bereit. Wie in 9 gezeigt ist, enthält die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200: eine Hauptumwandlungsschaltung 201, um DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln und die AC-Leistung abzugeben; und eine Steuerungsschaltung 203, um an die Hauptumwandlungsschaltung 201 ein Steuerungssignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung 201 abzugeben.
  • Die Stromversorgung 300 ist eine DC-Stromversorgung und stellt der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 DC-Leistung bereit. Die Stromversorgung 300 kann von verschiedenen Komponenten wie etwa einem DC-System, einer Solarzelle und einer Leistungsspeicherbatterie gebildet werden oder kann von einer Gleichrichterschaltung oder einem AC/DC-Wandler, der mit einem AC-System verbunden ist, gebildet werden. Außerdem kann die Stromversorgung 300 von einem DC/DC-Wandler gebildet werden, um von einem DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umzuwandeln.
  • Die Last 400 ist ein Dreiphasen-Motor, der durch von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Last 400 nicht auf eine für einen bestimmten Nutzungszweck beschränkt ist, ein in jedem von verschiedenen Typen elektrischer Vorrichtungen montierter Motor ist und beispielsweise als Motor für Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Liftanlagen oder Klimaanlagen verwendet wird.
  • Im Folgenden werden Details der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält ein Schaltelement und eine (nicht dargestellte) Reflux-Diode. Durch Schalten des Schaltelements wird von der Stromversorgung 300 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung umgewandelt und der Last 400 bereitgestellt. Obgleich es verschiedene Arten spezifischer Schaltungskonfigurationen für die Hauptumwandlungsschaltung 201 gibt, ist die Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus und kann von sechs Schaltelementen und sechs Reflux-Dioden, die mit den Schaltelementen jeweils antiparallel verbunden sind, gebildet werden. Je zwei der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, um einen oberen-unteren Arm zu verbinden. Die oberen-unteren Arme bilden jeweilige Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ausgangsanschlüsse der oberen-unteren Arme, d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumwandlungsschaltung 201, sind mit der Last 400 verbunden. In diesem Fall sind die zwei Schaltelemente, die in der Hauptumwandlungsschaltung 201 in Reihe geschaltet sind, als das erste Halbleiterelement und das zweite Halbleiterelement im Halbleitermodul 100 oder 101 der oben beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform konfiguriert. Das heißt, in diesem Fall wird die Hauptumwandlungsschaltung 201 von einem Halbleitermodul 100 gebildet.
  • Eine Ansteuerungsschaltung 202 erzeugt ein Ansteuersignal zum Ansteuern eines Schaltelements der Hauptumwandlungsschaltung 201 und stellt es einer Steuerungselektrode des Schaltelements der Hauptumwandlungsschaltung 201 bereit. Konkret gibt gemäß einem Steuerungssignal von der später beschriebenen Steuerungsschaltung 203 die Ansteuerungsschaltung 202 an eine Steuerungselektrode eines Schaltelements ein Ansteuersignal, um das Schaltelement in einen EIN-Zustand zu bringen, und ein Ansteuersignal, um das Schaltelement in einen AUS-Zustand zu bringen, ab. Wenn das Schaltelement im EIN-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal), das höher als die oder gleich der Schwellenspannung des Schaltelements ist. Auf der anderen Seite ist, wenn das Schaltelement im AUS-Zustand gehalten wird, das Ansteuersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal), das geringer als die oder gleich der Schwellenspannung des Schaltelements ist.
  • Die Steuerungsschaltung 203 steuert ein Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201, um der Last 400 eine gewünschte Leistung bereitzustellen. Basierend auf der der Last 400 bereitzustellenden Leistung wird konkret eine Zeit (EIN-Zeit), zu der jedes Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 in den EIN-Zustand gebracht werden soll, berechnet. Beispielsweise kann die Hauptumwandlungsschaltung 201 über eine PWM-Steuerung gesteuert werden, um die EIN-Zeit des Schaltelements gemäß einer abzugebenden Spannung zu modulieren. Die Steuerungsschaltung 203 gibt einen Steuerungsbefehl (Steuerungssignal) an eine in der Hauptumwandlungsschaltung 201 enthaltene Ansteuerungsschaltung ab, um zu jeweiligen Zeitpunkten ein EIN-Signal an ein in den EIN-Zustand zu bringendes Schaltelement und ein AUS-Signal an ein in den AUS-Zustand zu bringendes Schaltelement abzugeben. Gemäß jedem der Steuerungssignale gibt die Ansteuerungsschaltung das EIN-Signal oder das AUS-Signal als das Ansteuersignal an die Steuerungselektrode eines entsprechenden Schaltelements ab.
  • Da das Halbleitermodul 100 oder 101 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform für die Hauptumwandlungsschaltung 201 in der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 gemäß der dritten Ausführungsform verwendet wird, wird verglichen mit einer herkömmlichen Leistungsumwandlungsvorrichtung die Zuverlässigkeit verbessert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wurde veranschaulicht, dass die vorliegende Erfindung für den Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus verwendet wird; die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diesen beschränkt und für verschiedene Arten von Leistungsumwandlungsvorrichtungen verwendbar. Obgleich die Leistungsumwandlungsvorrichtung mit zwei Niveaus in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit drei Niveaus oder mehr Niveaus verwendet werden, oder die vorliegende Erfindung kann für einen Einphasen-Inverter verwendet werden, wenn einer einphasigen Last Leistung bereitgestellt wird. Wenn einer DC-Last oder dergleichen Leistung bereitgestellt wird, kann außerdem die vorliegende Erfindung für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler verwendet werden.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung, für die die vorliegende Erfindung verwendet wird, ist außerdem nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Last ein Motor ist, kann als Stromversorgungsvorrichtung für eine Elektroerodiereinrichtung, eine Laserbearbeitungseinrichtung, eine Kochvorrichtung mit Induktionsheizung oder ein berührungsfreies Leistungseinspeisungssystem verwendet werden und kann beispielsweise auch als Leistungskonditionierer in einem fotovoltaischen System, einem Energiespeichersystem oder dergleichen verwendet werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Die vorliegende Ausführungsform wird erhalten, indem die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 gemäß der dritten Ausführungsform für einen beweglichen Körper verwendet wird. 10 ist ein Blockdiagramm, das einen beweglichen Körper 500 zeigt, der als ein beispielhafter beweglicher Körper gemäß der vierten Ausführungsform als elektrisches Schienenfahrzeug konfiguriert ist.
  • Der in 10 gezeigte bewegliche Körper 500 enthält eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 200, eine Last 400 und einen Transformator 600. Die Last 400 ist mit einer Vielzahl (nicht dargestellter) Räder des beweglichen Körpers 500 verbunden.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 ist über den Transformator 600 zwischen eine Oberleitung 700 und einen Erdungsteil 800 wie etwa eine Schiene oder einen Fahrzeugkörper geschaltet. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 wandelt beispielsweise von der Oberleitung 700 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt sie der Last 400 bereit. Bei dieser Gelegenheit dient der Transformator 600 als Chopper-Schaltung, stellt einen Spannungspegel wie erforderlich ein und stellt ihn der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 bereit. Die mit der AC-Leistung von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 versorgte Last 400 treibt die Drehung der Vielzahl von Rädern an.
  • Da das Halbleitermodul 100 oder 101 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform für die Hauptumwandlungsschaltung 201 im beweglichen Körper 500 gemäß der vierten Ausführungsform verwendet wird, wird verglichen mit einem beweglichen Körper, der eine herkömmliche Leistungsumwandlungsvorrichtung enthält, die Zuverlässigkeit verbessert.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Oberleitung 700 vorgesehen werden kann, um AC-Leistung bereitzustellen. In diesem Fall kann der bewegliche Körper 500 ferner ein Wandlermodul enthalten, um AC-Leistung in DC-Leistung umzuwandeln, und die durch das Wandlermodul umgewandelte DC-Leistung kann der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 bereitgestellt werden.
  • Außerdem ist der bewegliche Körper gemäß der vierten Ausführungsform nicht auf das elektrische Schienenfahrzeug beschränkt und kann wie oben beschrieben als Hybridfahrzeug, Elektrofahrzeug und Lift konfiguriert sein.
  • Obgleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht wurden, können die oben beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weisen modifiziert werden. Ferner ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die Begriffe der Ansprüche definiert und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung, die den Begriffen der Ansprüche äquivalent sind, einschließen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erster Anschlussteilbereich
    2
    zweiter Anschlussteilbereich
    3A
    erste Halbleitervorrichtung
    3B
    zweite Halbleitervorrichtung
    3C
    dritte Halbleitervorrichtung
    4
    erster Leiter
    4A
    erster Verdrahtungsteilbereich
    4B
    dritter Verdrahtungsteilbereich
    4C
    fünfter Verdrahtungsteilbereich
    5
    zweiter Leiter
    5A
    zweiter Verdrahtungsteilbereich
    5B
    vierter Verdrahtungsteilbereich
    5C
    sechster Verdrahtungsteilbereich
    6
    dritter Leiter
    7A, 7B, 7C
    Kollektoranschluss
    8A, 8B, 8C
    Emitteranschluss
    9
    dritter Anschlussteilbereich
    9A, 9B, 9C
    Ausgangsanschluss
    10
    erste Verdrahtung
    11
    zweite Verdrahtung
    20
    erster Gateanschluss
    21
    zweiter Gateanschluss
    22
    erster Emitter-Hilfsanschluss
    23
    zweiter Emitter-Hilfsanschluss
    31, 32, 33, 41, 42
    Isolationsteilbereich
    34, 35, 36A, 36B, 36C, 37A, 37B, 37C, 43, 44A, 44B, 44C
    Verbindungsteilbereich
    100, 101
    Halbleitermodul
    200
    Leistungsumwandlungsvorrichtung
    201
    Hauptumwandlungsschaltung
    202
    Ansteuerungsschaltung
    203
    Steuerungsschaltung
    300
    Stromversorgung
    400
    Last
    500
    beweglicher Körper
    600
    Transformator
    700
    Oberleitung
    800
    Erdungsteil
    CP1
    erster Strompfad
    CP2
    zweiter Strompfad
    CP3
    dritter Strompfad

Claims (11)

  1. Halbleitermodul, aufweisend: einen ersten Anschlussteilbereich und einen zweiten Anschlussteilbereich, die jeweils mit der Außenseite verbunden sind; und einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und dem zweiten Anschlussteilbereich parallel zu verbinden, wobei der erste Strompfad eine erste Halbleitervorrichtung, einen ersten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der ersten Halbleitervorrichtung zu verbinden, und einen zweiten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen der ersten Halbleitervorrichtung und dem zweiten Anschlussteilbereich zu verbinden, enthält, der zweite Strompfad eine zweite Halbleitervorrichtung, einen dritten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der zweiten Halbleitervorrichtung zu verbinden, und einen vierten Verdrahtungsteilbereich, um zwischen der zweiten Halbleitervorrichtung und dem zweiten Anschlussteilbereich zu verbinden, enthält, und eine Stromleitfähigkeit der ersten Halbleitervorrichtung geringer als eine Stromleitfähigkeit der zweiten Halbleitervorrichtung ist und ein Gesamtbetrag einer Impedanz des ersten Verdrahtungsteilbereichs und einer Impedanz des zweiten Verdrahtungsteilbereichs geringer als ein Gesamtbetrag einer Impedanz des dritten Verdrahtungsteilbereichs und einer Impedanz des vierten Verdrahtungsteilbereichs ist.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei in Draufsicht der erste Verdrahtungsteilbereich zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der ersten Halbleitervorrichtung über eine kürzeste Distanz verbindet, der zweite Verdrahtungsteilbereich zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich und der ersten Halbleitervorrichtung über eine kürzeste Distanz verbindet, der dritte Verdrahtungsteilbereich zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der zweiten Halbleitervorrichtung über eine kürzeste Distanz verbindet, und der vierte Verdrahtungsteilbereich zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich und der zweiten Halbleitervorrichtung über eine kürzeste Distanz verbindet, und eine Summe der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der ersten Halbleitervorrichtung und der kürzesten Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich und der ersten Halbleitervorrichtung geringer ist als eine Summe der kürzesten Distanz zwischen dem ersten Anschlussteilbereich und der zweiten Halbleitervorrichtung und der kürzesten Distanz zwischen dem zweiten Anschlussteilbereich und der zweiten Halbleitervorrichtung.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine minimale Dicke jedes des ersten Verdrahtungsteilbereichs und des zweiten Verdrahtungsteilbereichs dicker ist als eine minimale Dicke jedes des dritten Verdrahtungsteilbereichs und des vierten Verdrahtungsteilbereichs.
  4. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der ersten Halbleitervorrichtung und der zweiten Halbleitervorrichtung ein Bipolartransistor ist, der erste Verdrahtungsteilbereich mit einem Kollektor der ersten Halbleitervorrichtung verbunden ist und der zweite Verdrahtungsteilbereich mit einem Emitter der ersten Halbleitervorrichtung verbunden ist, der dritte Verdrahtungsteilbereich mit einem Kollektor der zweiten Halbleitervorrichtung verbunden ist und der vierte Verdrahtungsteilbereich mit einem Emitter der zweiten Halbleitervorrichtung verbunden ist, und eine Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung der ersten Halbleitervorrichtung höher als eine Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung der zweiten Halbleitervorrichtung ist.
  5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede der ersten Halbleitervorrichtung und der zweiten Halbleitervorrichtung ein Transistor vom Gate-Typ ist, und eine Gate-Schwellenspannung der ersten Halbleitervorrichtung höher als eine Gate-Schwellenspannung der zweiten Halbleitervorrichtung ist.
  6. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Verzögerungszeit eines Leitungsbeginns der ersten Halbleitervorrichtung länger ist als eine Verzögerungszeit eines Leitungsbeginns der zweiten Halbleitervorrichtung.
  7. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Impedanz des ersten Strompfads gleich einer Impedanz des zweiten Strompfads ist.
  8. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Material jeder der ersten Halbleitervorrichtung und der zweiten Halbleitervorrichtung ein Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke enthält.
  9. Halbleitermodul nach Anspruch 8, wobei das Material jeder der ersten Halbleitervorrichtung und der zweiten Halbleitervorrichtung Siliziumcarbid enthält.
  10. Leistungsumwandlungsvorrichtung, aufweisend: eine Hauptumwandlungsschaltung, um empfangene Leistung umzuwandeln und die umgewandelte Leistung abzugeben, wobei die Hauptumwandlungsschaltung das Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist; und eine Steuerungsschaltung, um an die Hauptumwandlungsschaltung ein Steuerungssignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung abzugeben.
  11. Beweglicher Körper, aufweisend: die Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 10; und einen durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung angetriebenen Motor.
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