DE112018000701T5 - Leistungshalbleitermodul und leistungswandlervorrichtung - Google Patents

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Takeshi Horiguchi
Yuji Miyazaki
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Abstract

Es werden ein klein dimensioniertes Leistungshalbleitermodul und eine klein dimensionierte Leistungswandlervorrichtung aufgezeigt, die in der Lage sind, Überschwingspannungen zu reduzieren. Das Leistungshalbleitermodul weist Folgendes auf ein Schaltelement (16P) auf der positiven Elektrodenseite und eine Freilaufdiode (17P) auf der positiven Elektrodenseite entsprechend einem Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite; ein Schaltelement (16N) auf der negativen Elektrodenseite und eine Freilaufdiode (17N) auf der negativen Elektrodenseite entsprechend einem Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite; ein positives Elektrodenleitermuster (3a); ein negatives Elektrodenleitermuster (3b); ein Wechselstrom-Elektrodenmuster (3c); und ein Dämpfungssubstrat mit einem isolierenden Substrat (8) mit einer darauf gebildeten Dämpfungsschaltung. Das Dämpfungssubstrat weist das isolierende Substrat (8) und die mindestens eine auf dem isolierenden Substrat (8) angeordnete Dämpfungsschaltung auf. Das Dämpfungssubstrat ist auf mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster (3a), dem negativen Elektrodenleitermuster (3b) und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster (3c) angeordnet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul und eine Leistungswandlervorrichtung, insbesondere ein Leistungshalbleitermodul und eine Leistungswandlervorrichtung mit Mitteln zur Reduzierung von Überschwingspannungen, die während eines Schaltvorgangs auftreten.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die übliche Form eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls, das eine Leistungswandlervorrichtung bildet, ist ein IGBT-Modul (Insulated Gate Bipolar Transistor). In einem solchen IGBT-Modul wird ein IGBT aus Silizium (Si) als Schaltelement und eine pin-Diode als Freilaufdiode verwendet.
  • In den letzten Jahren haben Halbleiter mit weitem Bandabstand mit einem weiteren Bandabstand als der von Si große Aufmerksamkeit erregt. So wurde beispielsweise ein Leistungshalbleitermodul mit Siliziumkarbid (SiC) als Halbleiter mit weitem Bandabstand entwickelt. In der folgenden Beschreibung wird SiC als Beispiel für einen Halbleiter mit weitem Bandabstand verwendet. Da die Durchbruchspannung von SiC etwa zehnmal so hoch ist wie die von Si, kann die Dicke einer Driftschicht in einem Schaltelement wie einem IGBT bei Verwendung von Si auf etwa ein Zehntel der Dicke der Driftschicht reduziert werden. Dadurch kann eine geringere Sättigungsspannung des Schaltelements erreicht werden. Darüber hinaus kann das Schaltelement mit SiC bei hohen Temperaturen arbeiten. Durch die Verwendung von SiC als Material eines Leistungshalbleiterelements kann daher eine Leistungswandlervorrichtung im Vergleich zum herkömmlichen IGBT-Modul weiter verkleinert und effizienter gestaltet werden.
  • Wenn SiC als Material eines Leistungshalbleiterelements verwendet wird, können ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) als Schaltelement und eine Schottky-Barrierediode (im Folgenden SBD) als Freilaufdiode eingesetzt werden. Als Leistungshalbleitermodul, bei dem eine Vorrichtung, die SiC als Halbleitermaterial wie vorstehend beschrieben verwendet (im Folgenden auch „SiC-Vorrichtung“ genannt), eingesetzt wird, wurde ein Hybridmodul entwickelt. Das Hybridmodul ist so aufgebaut, dass ein IGBT mit Si als Halbleitermaterial (nachfolgend auch „Si-IGBT“ genannt) weiterhin als Schaltelement und eine SBD mit SiC als Halbleitermaterial (nachfolgend auch „SiC-SBD“ genannt) als Freilaufdiode verwendet wird. Danach wurde ein Voll-SiC-Modul entwickelt, bei dem ein MOSFET mit SiC (im Folgenden auch „SiC-MOSFET“ genannt) als Schaltelement und SiC-SBD als Freilaufdiode verwendet wird. Derzeit erreicht ein Leistungshalbleitermodul, in dem ein SiC-Bauteil eingesetzt wird, stetig eine breitere Anwendung.
  • Es ist bekannt, dass in einem Element wie einer Freilaufdiode, die ein Leistungshalbleitermodul und eine parasitäre Induktivität (L) in der Verdrahtung des Leistungshalbleitermoduls bildet, ein Phänomen namens „Überschwingen“ auftritt, das durch LC-Resonanz basierend auf einer parasitären Kapazität (C) verursacht wird. Diese Überschwingspannung entsteht während eines Schaltvorgangs, z.B. in einem Leistungshalbleitermodul, in dem eine SiC-SBD als Freilaufdiode verwendet wird.
  • Wenn ein Spitzenwert dieser Überschwingspannung die Nennspannung des Leistungshalbleitermoduls überschreitet, kann das Leistungshalbleitermodul zerstört werden. Darüber hinaus kann die Überschwingspannung Rauschen verursachen, weshalb es notwendig ist, die Überschwingspannung so weit wie möglich zu reduzieren. Insbesondere bei einem Schaltelement, in dem ein Halbleiter mit weitem Bandabstand, wie etwa ein SiC-MOSFET verwendet wird, ist die Reduzierung der Überschwingspannung eine wichtige Aufgabe, um die Eigenschaft zu maximieren, einen schnellen Schaltvorgang durchführen zu können.
  • Ein Mittel zur Reduzierung der Überschwingspannung ist die Anwendung einer Dämpfungsschaltung. So ist beispielsweise bei einem herkömmlichen Leistungshalbleitermodul, das in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-222 950 A (Patentdokument 1) beschrieben wurde, ein Dämpfungskondensator eingebaut, um Überschwingspannung zu reduzieren. Darüber hinaus wird in dem, in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 9-135 155 A (Patentdokument 2) beschriebenen Leistungshalbleitermodul eine Dämpfungsschaltung aus einem Kondensator, einem Widerstand und einer Diode gebildet, und der Widerstand und die Diode sind im Leistungshalbleitermodul als Subsubstrat aufgebaut.
  • STAND DER TECHNIK
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-222 950 A
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 9-135 155 A
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Gemäß dem Leistungshalbleitermodul in Patentdokument 1 wird eine Dämpfungsschaltung nur aus einem Kondensator gebildet und weist keinen Widerstand auf. Wenn die Dämpfungsschaltung keinen Widerstand als Komponente wie oben beschrieben aufweist, wird der Effekt der Reduzierung von Spannungsschwankungen nicht erreicht, obwohl der Peak einer Überschwingspannung reduziert werden kann. Darüber hinaus ist das Leistungshalbleitermodul in Patentdokument 2 so konfiguriert, dass die aus Widerstand, Kondensator und Diode gebildete Dämpfungsschaltung, die sogenannte Non-Charge-type RCD Dämpfungsschaltung, als Subsubstrat für jedes Schaltelement montiert ist. In dieser Konfiguration ist die Anzahl der Komponenten, die die Dämpfungsschaltung bilden, groß, und somit ist die Fläche für den Aufbau dieser Komponenten im Leistungshalbleitermodul groß. Daher ist es schwierig, die Größe der Leistungswandlervorrichtung zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des oben beschriebenen Problems erstellt und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein klein dimensioniertes Leistungshalbleitermodul und eine klein dimensionierte Leistungswandlervorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, Überschwingspannungen zu reduzieren, die während eines Schaltvorgangs eines Schaltelements auftreten.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Ein Leistungshalbleitermodul nach der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: mindestens ein Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite; mindestens ein Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite; ein positives Elektrodenleitermuster; ein negatives Elektrodenleitermuster, ein Wechselstrom-Elektrodenmuster; und ein Dämpfungssubstrat. Das positive Elektrodenleitermuster hat das mindestens ein Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite angebracht. Das negative Elektrodenleitermuster ist mit einer negativen Elektrode des mindestens eines Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite verbunden. Das Wechselstrom-Elektrodenmuster hat das mindestens ein Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite angebracht und ist mit einer negativen Elektrode des mindestens einen Leistungshalbleiterelements auf der positiven Elektrodenseite verbunden. Das Dämpfungssubstrat weist Folgendes auf: ein isolierendes Substrat; und mindestens eine auf dem isolierenden Substrat angeordnete Dämpfungsschaltung. Das Dämpfungssubstrat ist auf mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster, dem negativen Elektrodenleitermustern und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster angeordnet. Die mindestens eine Dämpfungsschaltung ist mit dem positiven Elektrodenleitermuster und dem negativen Elektrodenleitermuster verbunden.
  • Eine Leistungswandlervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Hauptwandlerschaltung; und eine Steuerschaltung. Die Hauptwandlerschaltung weist das oben beschriebene Leistungshalbleitermodul auf und ist ausgebildet, um die aufgenommene elektrische Leistung umzuwandeln und die umgewandelte elektrische Leistung abzugeben. Die Steuerschaltung ist ausgebildet, um ein Steuersignal zum Steuern der Hauptwandlerschaltung an die Hauptwandlerschaltung auszugeben.
  • Effekt der Erfindung
  • Wie oben gesagt, ist das Dämpfungssubstrat so angeordnet, dass es sich mit mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster, dem negativen Elektrodenleitermuster und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster überlappt. Dadurch können eine parasitäre Induktivität der Verdrahtung reduziert und die Überschwingspannung durch die Dämpfungsschaltung effektiv reduziert werden, und das Leistungshalbleitermodul und die Leistungswandlervorrichtung können verkleinert werden, verglichen mit dem Fall, dass das Dämpfungssubstrat plan neben dem positiven Elektrodenleitermuster und dem negativen Elektrodenleitermuster angeordnet ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Leistungswandlerschaltung in einer Leistungswandlervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ist eine schematische Ansicht, die eine planare Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 6 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur einer Modifikation des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 8 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 9 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 10 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 11 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 12 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 13 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 14 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 15 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 16 ist eine schematische Darstellung eines Zweigs in einer Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 17 ist eine schematische Darstellung der Leistungswandlerschaltung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Energieumwandlungssystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und
    • 19 zeigt ein experimentelles Ergebnis zur Reduzierung einer Überschwingspannung durch Einbau einer Dämpfungsschaltung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Während im Folgenden eine Vielzahl von Ausführungsformen beschrieben wird, ist es auch vorgesehen, die in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale entsprechend zu kombinieren. Die gleichen oder korrespondierenden Bereiche in den Zeichnungen werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Ausführungsform 1
  • Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Leistungswandlerschaltung in einer Leistungswandlervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine planare Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Leistungshalbleitermodul nach der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben.
  • In 1 besteht die Leistungswandlervorrichtung aus einem Leistungshalbleitermodul 14 und steuert einen Motor 15 an. Im Leistungshalbleitermodul 14 sind drei Zweige 20a, 20b und 20c parallel zu einer Stromversorgung 30 geschaltet. Jeder der Zweige 20a, 20b und 20c weist ein Schaltelement 16P auf der positiven Elektrodenseite und eine Freilaufdiode 17P auf der positiven Elektrodenseite sowie ein Schaltelement 16N auf der negativen Elektrodenseite und eine Freilaufdiode 17N auf der negativen Elektrodenseite auf.
  • In den Zweigen 20a, 20b und 20c bilden das Schaltelement 16P auf der positiven Elektrodenseite und Freilaufdioden 17P auf der positiven Elektrodenseite, die antiparallel miteinander verbunden sind, jeweils ein Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite. Darüber hinaus bilden Schaltelement 16N auf der negativen Elektrodenseite und Freilaufdioden 17N auf der negativen Elektrodenseite, die antiparallel miteinander verbunden sind, ein Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite. Ein Zwischenpunkt, der ein Verbindungspunkt des Leistungshalbleitelements auf der positiven Elektrodenseite und des Leistungshalbleitelements auf der negativen Elektrodenseite jeweils in den Zweigen 20a, 20b und 20c ist, ist mit dem Motor 15 verbunden.
  • Im Zweig 20c ist eine Dämpfungsschaltung 13 parallel zu einer Reihenschaltung des Leistungshalbleiterelements auf der positiven Elektrodenseite und des Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite geschaltet. Die Dämpfungsschaltung 13 ist eine Schaltung, in der ein Kondensator 10 und ein Widerstand 11 in Reihe geschaltet sind. In der in 1 dargestellten Schaltung ist die Dämpfungsschaltung 13 nur im Zweig 20c angeordnet. Die Dämpfungsschaltung 13 kann jedoch in einem anderen Zweig 20a oder 20b angeordnet sein, oder die Dämpfungsschaltungen 13 können in zwei beliebigen Zweige 20a bis 20c angeordnet sein, oder die Dämpfungsschaltungen 13 können in allen Zweige 20a bis 20c angeordnet sein. Nachfolgend wird ein Beispiel vorgestellt, in dem ein SiC-MOSFET als Schaltelement 16P auf der positiven Elektrodenseite und als Schaltelement 16N auf der negativen Elektrodenseite (im Folgenden auch einfach als „Schaltelement“ bezeichnet) und eine SiC-SBD als Freilaufdiode 17P auf der positiven Elektrodenseite und als Freilaufdiode 17N auf der negativen Elektrodenseite (im Folgenden auch einfach als „Freilaufdiode“ bezeichnet) vorgesehen werden.
  • Bei Verwendung des Leistungshalbleitermoduls, in dem der SiC-SBD als Freilaufdiode in der Leistungsumwandlerschaltung gemäß 1 angeordnet ist, kann es während eines Schaltvorgangs zu Überschwingspannung kommen. Wie oben beschrieben, wird Überschwingen durch Resonanz verursacht, die auf einer parasitären Induktivität der Leistungsumwandlungsschaltung und einer Kapazität der SBD basiert. Wenn der Spitzenwert der Überschwingspannung die Nennspannung des Leistungshalbleitermoduls überschreitet, kann das Modul zerstört werden. Darüber hinaus kann die Überschwingspannung Rauschen verursachen, weshalb es notwendig ist, Überschwingspannungen so weit wie möglich zu reduzieren.
  • Als wirksames Mittel zur Reduzierung dieser Überschwingspannung ist die Dämpfungsschaltung 13 in der in 1 dargestellten Leistungswandlervorrichtung vorgesehen. Die Dämpfungsschaltung 13 ist zwischen einer positiven Elektrode des Leistungshalbleiterelements auf der positiven Elektrodenseite und einer negativen Elektrode des Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite angeordnet. Eine Aufbaustruktur der Dämpfungsschaltung 13 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt, weist das Leistungshalbleitermodul nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Metallbasis 5, ein positives Elektrodenleitermuster 3a, ein negatives Elektrodenleitermuster 3b, ein Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c, Schaltelemente 16P auf der positiven Elektrodenseite, Freilaufdioden 17P auf der positiven Elektrodenseite, Schaltelemente 16N auf der negativen Elektrodenseite, Freilaufdioden 17N auf der negativen Elektrodenseite, ein isolierendes Substrat 8 und einen Widerstand 11 und einen Kondensator 10 auf, die die Dämpfungsschaltung 13 bilden (siehe 1) und auf dem isolierenden Substrat 8 angeordnet sind, wobei die 2 und 3 der Konfiguration des Zweigs 20c in 1 entsprechen. Das positive Elektrodenleitermuster 3a, das negative Elektrodenleitermuster 3b und das Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c sind so angeordnet, dass sie auf einer Hauptfläche der Metallbasis 5 voneinander beabstandet sind, wobei ein Verbindungselement 4 eingefügt ist. Das Verbindungselement 4 ist aus einem Material aus Keramik, Harz oder dergleichen gebildet und weist eine elektrische Isolationseigenschaft auf. Die Schaltelemente 16P auf der positiven Elektrodenseite und die Freilaufdiode 17P auf der positiven Elektrodenseite sind auf dem positiven Elektrodenleitermuster 3a angeordnet. Das isolierende Substrat 8 einschließlich der Dämpfungsschaltung 13 (siehe 1) ist auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b angeordnet. Die Schaltelemente 16N auf der negativen Elektrodenseite und die Freilaufdiode 17N auf der negativen Elektrodenseite sind auf dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c angeordnet.
  • Im Leistungshalbleitermodul nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungshalbleiterelement 1 auf der positiven Elektrodenseite einschließlich des Schaltelements 16P auf der positiven Elektrodenseite mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a verbunden, wobei ein Lot 2 eingefügt ist. Darüber hinaus sind ein Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite mit dem Schaltelement 16N auf der negativen Elektrodenseite und die Freilaufdiode 17N auf der negativen Elektrodenseite ähnlich mit dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c verbunden, wobei ein Lot eingefügt wird.
  • Wie in 2 bis 5 dargestellt, werden auf einer Oberseite des isolierenden Substrats 8 ein erstes Verdrahtungsmuster 7a, ein zweites Verdrahtungsmuster 7b und ein drittes Verdrahtungsmuster 7c gebildet, auf einer Unterseite des isolierenden Substrats 8 ein zweites Verdrahtungsmuster 7b'. Der Kondensator 10 als Dämpfungskondensator wird zwischen dem ersten Verdrahtungsmuster 7a und dem dritten Verdrahtungsmuster 7c angeordnet. Der Widerstand 11 als Dämpfungswiderstand wird auf dem isolierenden Substrat 8 gebildet, um das zweite Verdrahtungsmuster 7b und das dritte Verdrahtungsmuster 7c zu verbinden. Der Kondensator 10 und der Widerstand 11 sind in Reihe geschaltet und bilden eine Dämpfungsschaltung. Das isolierende Substrat 8 und die auf dem isolierenden Substrat 8 gebildete Dämpfungsschaltung bilden das Dämpfungssubstrat.
  • Das Dämpfungssubstrat ist wie oben beschrieben auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b angeordnet und wird auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b montiert, wobei Lot 2 eingefügt ist. Der Kondensator 10 ist mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a über das erste Verdrahtungsmuster 7a und einen Bonddraht 6a verbunden. Der Widerstand 11 ist mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b durch das zweite Verdrahtungsmuster 7b und einen Bonddraht 6b verbunden. Das Dämpfungssubstrat kann auf dem positiven Elektrodenleitermuster 3a oder auf dem Wechselstrom-Elektrodenmustern 3c angeordnet sein.
  • Wie in 3 dargestellt, sind die Schaltelemente 16P auf der positiven Elektrodenseite und die Freilaufdioden 17P auf der positiven Elektrodenseite durch Bonddrähte 106 miteinander und mit dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c verbunden. Die Schaltelemente 16N auf der negativen Elektrodenseite und die Freilaufdioden 17N auf der negativen Elektrodenseite sind durch Bonddrähte 106 miteinander und mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden.
  • Die charakteristische Konfiguration des oben beschriebenen Leistungshalbleitermoduls wird nachfolgend zusammengefasst. Das Leistungshalbleitermodul weist Folgendes auf: Schaltelemente 16P auf der positiven Elektrodenseite und Freilaufdioden 17P auf der positiven Elektrodenseite entsprechend mindestens einem Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite; Schaltelemente 16N auf der negativen Elektrodenseite und Freilaufdioden 17N auf der negativen Elektrodenseite entsprechend mindestens einem Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite; ein positives Elektrodenleitermuster 3a; ein negatives Elektrodenleitermuster 3b; ein Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c; und das Dämpfungssubstrat einschließlich des isolierenden Substrats 8 mit der darauf gebildeten Dämpfungsschaltung. Die Schaltelemente 16P auf der positiven Elektrodenseite und die Freilaufdioden 17P auf der positiven Elektrodenseite, entsprechend dem mindestens eines Leistungshalbleiterelements auf der positiven Elektrodenseite, sind auf dem positiven Elektrodenleitermuster 3a montiert. Das negative Elektrodenleitermuster 3b ist mit der negativen Elektrode des Schaltelements 16N auf der negativen Elektrodenseite und den Freilaufdioden 17N auf der negativen Elektrodenseite verbunden, was dem mindestens eines Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite entspricht. Die Schaltelemente 16N auf der negativen Elektrodenseite und die Freilaufdioden 17N auf der negativen Elektrodenseite entsprechend dem mindestens eines Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite sind auf dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c angeordnet. Das Dämpfungssubstrat beinhaltet das isolierende Substrat 8 und mindestens eine auf dem isolierenden Substrat 8 angeordnete Dämpfungsschaltung. Das Dämpfungssubstrat ist auf mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster 3a, dem negativen Elektrodenleitermuster 3b und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c angeordnet. Die mindestens eine Dämpfungsschaltung ist mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a und dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden.
  • Bei einer solchen Konfiguration ist ein Ende der Dämpfungsschaltung mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a und das andere Ende der Dämpfungsschaltung mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden. Somit ist die Dämpfungsschaltung in das Leistungshalbleitermodul integriert.
  • Funktion und Wirkung des Leistungshalbleitermoduls
  • Gemäß dem in 1 bis 5 dargestellten Leistungshalbleitermodul ist ein Ende der Dämpfungsschaltung mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a und das andere Ende der Dämpfungsschaltung mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden, und die Dämpfungsschaltung ist auf mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster 3a, dem negativen Elektrodenleitermuster 3b und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c angeordnet. Somit ist die Dämpfungsschaltung im Leistungshalbleitermodul montiert. Somit kann die Überschwingspannung, die während des Schaltvorgangs entsteht, durch die Dämpfungsschaltung reduziert werden. Darüber hinaus ist das Dämpfungssubstrat so angeordnet, dass es sich mit mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster 3a, dem negativen Elektrodenleitermuster 3b und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c überlappt. Dadurch können die Leitungslänge und die parasitäre Induktivität der Verkabelung reduziert werden, verglichen mit dem Fall, dass das Dämpfungssubstrat planar nebeneinander mit dem positiven Elektrodenleitermustern 3a und dem negativen Elektrodenleitermustern 3b angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ist die Dämpfungsschaltung in das Leistungshalbleitermodul eingebaut und damit können die Dämpfungsschaltung an einer Stelle in der Nähe des Leistungshalbleiterelements, also der Schaltelemente 16P auf der positiven Elektrodenseite und der Freilaufdioden 17P auf der positiven Elektrodenseite, d.h. in einem Abstand von geringer Induktivität, vorgesehen werden, verglichen mit dem Fall, in dem die Dämpfungsschaltung außerhalb des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist. Dadurch können der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung verstärkt und das Leistungshalbleitermodul verkleinert werden.
  • Bei der Anordnung der durch die Reihenschaltung von Kondensator 10 und Widerstand 11 gebildeten Dämpfungsschaltung fließt ein Strom durch den Widerstand 11, was zu einer Wärmeentwicklung führt, so dass eine Wärmeabfuhr erforderlich ist. Der Widerstand 11 wird im Druckverfahren auf dem isolierenden Substrat 8 gebildet, um das zweite Verdrahtungsmuster 7b und das dritte Verdrahtungsmuster 7c zu verbinden. Daher ist eine Kontaktfläche zwischen Widerstand 11 und isolierendem Substrat 8 relativ groß, so dass der Widerstand 11 in der Wärmeableitfähigkeit einem herkömmlichen Chip-Widerstand überlegen ist. Darüber hinaus wird ein Wärmefreisetzungspfad gebildet, der sich vom Widerstand 11 bis zum negativen Elektrodenleitermuster 3b durch das isolierende Substrat 8, das zweite Verdrahtungsmuster 7b' und das Lot 2 erstreckt. Daher diffundiert die Wärme planar auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b und wird über das Verbindungselement 4 an die Metallbasis 5 abgegeben. Dadurch wird eine hervorragende Wärmeableitfähigkeit erreicht.
  • Das oben beschriebene Leistungshalbleitermodul weist den ersten Bonddraht 6a und den zweiten Bonddraht 6b auf. Zuerst verbindet der Bonddraht 6a mindestens eine Dämpfungsschaltung und das positiven Elektrodenleitermuster 3a. Der zweite Bonddraht 6b verbindet mindestens eine Dämpfungsschaltung und das negative Elektrodenleitermuster 3b.
  • In diesem Fall kann die im Dämpfungssubstrat angeordnete Dämpfungsschaltung, die auf mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster 3a, dem negativen Elektrodenleitermuster 3b und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c angeordnet ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Bonddrähte 6a und 6b einfach an das positive Elektrodenleitermuster 3a und das negative Elektrodenleitermuster 3b angeschlossen werden. Dadurch kann die Überschwingspannung durch die Dämpfungsschaltung reduziert werden.
  • Im oben beschriebenen Leistungshalbleitermodul ist mindestens eine Dämpfungsschaltung eine Schaltung, in der ein Kondensator 10 und ein Widerstand 11 in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall kann die Spitzenspannung beim Überschwingen reduziert und das Überschwingen schnell abgeschwächt werden.
  • In dem vorstehend beschriebenen Leistungshalbleitermodul werden der Kondensator 10 und der Widerstand 11 auf der Oberseite gebildet, die eine erste Hauptfläche des isolierenden Substrats 8 ist, wobei in diesem Fall ein Kondensator, ein Widerstand und dergleichen nicht auf der Unterseite angeordnet sind, die sich von der ersten Hauptfläche des isolierenden Substrats 8 unterscheidet, z.B. eine zweite Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche. Somit kann die andere Oberfläche als wärmeabführende Oberfläche verwendet werden. Somit kann die vom Widerstand 11 erzeugte Wärme leicht von der Unterseite, der anderen Oberfläche des isolierenden Substrats 8, an die Außenseite des isolierenden Substrats 8, z.B. die Metallbasis 5, abgegeben werden.
  • In dem vorstehend beschriebenen Leistungshalbleitermodul ist der Widerstand 11 ein Dickschichtwiderstand, der auf der ersten Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 8 angeordnet ist; in diesem Fall kann die Kontaktfläche zwischen dem Widerstand 11, der beispielsweise im Druckverfahren gebildet wird, und dem isolierenden Substrat 8 vergrößert werden, im Vergleich zur Montage eines anderen Widerstandselements als Widerstand 11 auf dem isolierenden Substrat 8.
  • Im oben beschriebenen Leistungshalbleiter-Modul weist, wie in 1 dargestellt, mindestens ein Leistungshalbleiter-Element auf der positiven Elektrodenseite die ersten bis dritten Leistungshalbleiter-Elemente auf der positiven Elektrodenseite auf, die von drei Schaltelementen 16P auf der positiven Elektrodenseite und drei Freilaufdioden 17P auf der positiven Elektrodenseite gebildet werden. Mindestens ein Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite beinhaltet das erste bis dritte Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite, gebildet aus drei Schaltelementen 16N auf der negativen Elektrodenseite und drei Freilaufdioden 17N auf der negativen Elektrodenseite. Das erste Leistungshalbleitelement auf der positiven Elektrodenseite und das erste Leistungshalbleitelement auf der negativen Elektrodenseite sind in Reihe geschaltet, um den ersten Zweig 20a zu bilden. Das zweite Leistungshalbleiter-Element auf der positiven Elektrodenseite und das zweite Leistungshalbleiter-Element auf der negativen Elektrodenseite sind in Reihe geschaltet und bilden den zweiten Zweig 20b. Das dritte Leistungshalbleiter-Element auf der positiven Elektrodenseite und das dritte Leistungshalbleiter-Element auf der negativen Elektrodenseite sind in Reihe geschaltet und bilden den dritten Zweig 20c. In diesem Fall weist das Leistungshalbleitermodul einen ersten bis dritten Zweig 20a bis 20c auf, so dass die Leistungswandlervorrichtung, die beispielsweise für eine dreiphasige AC-Stromversorgung anwendbar ist, durch ein einziges Leistungshalbleitermodul realisiert werden kann.
  • Im vorstehend beschriebenen Leistungshalbleitermodul wird jedes von mindestens einem Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite, gebildet durch das Schaltelement 16P auf der positiven Elektrodenseite und die Freilaufdiode 17P auf der positiven Elektrodenseite, und mindestens einem Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite, gebildet durch das Schaltelement 16N auf der negativen Elektrodenseite und die Freilaufdiode 17N auf der negativen Elektrodenseite, aus einem Halbleiter mit weitem Bandabstand gebildet. In diesem Fall kann neben dem oben beschriebenen Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung eine höhere Geschwindigkeit des Schaltvorgangs und ein Betrieb bei höherer Temperatur im Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite und im Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite erreicht werden.
  • Im vorstehend beschriebenen Leistungshalbleitermodul ist der Halbleiter mit weitem Bandabstand einer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN), Diamant und Galliumoxid. In diesem Fall kann durch die Verwendung des oben beschriebenen Materials als Halbleiter mit weitem Bandabstand, der das Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite und das Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite bildet, neben der höheren Geschwindigkeit des Schaltvorgangs und des Hochtemperaturbetriebs auch eine höhere Durchbruchspannung der oben beschriebenen Elemente erreicht werden.
  • Konfiguration und Funktion und Wirkung einer Modifikation des Lei stungshalbleitermodul s
  • 6 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur einer Modifikation des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 entspricht 2. 2 zeigt das Beispiel, in dem das positive Elektrodenleitermuster 3a und das negative Elektrodenleitermuster 3b mit der Metallbasis 5 verbunden sind, wobei das zwischengeschaltete Verbindungselement 4 eine elektrische Isolationsfähigkeit aufweist. Wie in 6 dargestellt, können jedoch das positive Elektrodenleitermuster 3a, das negative Elektrodenleitermuster 3b und das nicht dargestellten Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c mit der Metallbasis 5 verbunden werden, wobei ein zweites isolierendes Substrat 8b, ein Rückseitenleitermuster 3d und ein Lot 2 eingefügt werden.
  • Die erste Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, in dem das Dämpfungssubstrat entsprechend dem isolierenden Substrat 8, auf dem die durch den Kondensator 10 und den Widerstand 11 gebildete Dämpfungsschaltung angeordnet ist, auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b angeordnet ist. Das Dämpfungssubstrat kann jedoch auch auf dem positiven Elektrodenleitermustern 3a angeordnet werden. In diesem Fall kann die positive Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a durch Bonddraht 6a und die negative Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b durch Bonddraht 6b verbunden werden. Alternativ kann das Dämpfungssubstrat auch auf dem Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c angeordnet werden. In diesem Fall kann die positive Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a durch Bonddraht 6a und die negative Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b durch Bonddraht 6b verbunden werden. Die Positionsbeziehung zwischen dem Schaltelement 16P auf der positiven Elektrodenseite und der Freilaufdiode 17P auf der positiven Elektrodenseite, die Positionsbeziehung zwischen dem Schaltelement 16N auf der negativen Elektrodenseite und der Freilaufdiode 17N auf der negativen Elektrodenseite und die Größe und die Positionsbeziehung von positivem Elektrodenleitermuster 3a, negativem Elektrodenleitermuster 3b und Wechselstrom-Elektrodenmuster 3c in 3 sind nur ein Beispiel und die Erfindung ist nicht auf die in 3 dargestellte Anordnung beschränkt.
  • Ausführungsform 2
  • Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls
  • 7 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Obwohl das in 7 bis 9 dargestellte Leistungshalbleitermodul nahezu identisch mit dem in 1 bis 5 dargestellten Leistungshalbleitermodul aufgebaut ist, unterscheidet sich das in 7 bis 9 dargestellte Leistungshalbleitermodul hinsichtlich der Verbindungsstruktur für eine Dämpfungsschaltung und das negative Elektrodenleitermuster 3b von dem in 1 bis 5 dargestellten Leistungshalbleitermodul. Insbesondere ist das zweite Verdrahtungsmuster 7b, das mit dem Widerstand 11 verbunden ist, der auf einer Oberseite des isolierenden Substrats 8, das die Dämpfungsschaltung bildet, angeordnet ist, mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden, wobei ein Leiter in einem Durchgangsloch 12, ein zweites Verdrahtungsmuster 7b' und ein Lot 2 dazwischen eingefügt sind.
  • Die zweite Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, in dem das Dämpfungssubstrat entsprechend dem isolierenden Substrat 8, auf dem die durch den Kondensator 10 und den Widerstand 11 gebildete Dämpfungsschaltung angeordnet ist, auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b angeordnet ist. Das Dämpfungssubstrat kann jedoch auch auf dem positiven Elektrodenleitermustern 3a angeordnet werden, die positive Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung kann über das Durchgangsloch 12 mit dem positiven Elektrodenleitermustern 3a verbunden werden und die negative Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung kann über einen Bonddraht mit dem negativen Elektrodenleitermustern 3b verbunden werden.
  • Anders ausgedrückt, ist in dem in 7 dargestellten Leistungshalbleitermodul das Durchgangsloch 12 im isolierenden Substrat 8 gebildet, wobei das Leistungshalbleitermodul einen im Durchgangsloch 12 angeordneten Leiter aufweist, der mit mindestens einer Dämpfungsschaltung verbunden ist. Der Leiter ist mit einem, dem positiven Elektrodenleitermuster 3a oder dem negativen Elektrodenleitermuster 3b unter dem Dämpfungssubstrat verbunden. Das Leistungshalbleitermodul weist weiterhin Bonddrähte 6a auf. Ein Bonddraht 6a verbindet die mindestens eine Dämpfungsschaltung und das andere Elektrodenleitermuster, also das negativen Elektrodenleitermuster 3b oder das positive Elektrodenleitermuster 3a.
  • Funktion und Wirkung des Leistungshalbleitermoduls
  • Mit einer solchen Konfiguration kann der Effekt ähnlich dem des
  • Leistungshalbleitermoduls nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Das heißt, ein Ende der Dämpfungsschaltung ist über den Bonddraht 6a mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a verbunden, während das andere Ende der Dämpfungsschaltung über den im Durchgangsloch 12 angeordneten Leiter mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden ist und somit die Dämpfungsschaltung in das Leistungshalbleitermodul eingebaut ist. Da die Dämpfungsschaltung in das Leistungshalbleitermodul eingebaut ist, wird die Dämpfungsschaltung an einer Stelle in der Nähe des Leistungshalbleiterelements wie z.B. des Schaltelements 16P auf der positiven Elektrodenseite im Vergleich zu dem Fall angeordnet, dass die Dämpfungsschaltung außerhalb des Leistungshalbleitermoduls vorgesehen ist, so dass der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung verstärkt werden kann. Insbesondere der Widerstand 11 und das negative Elektrodenleitermuster 3b werden durch den Leiter im Durchgangsloch 12, wie in 7 dargestellt, verbunden, so dass die Verdrahtungsinduktivität zwischen der Dämpfungsschaltung und dem Leistungshalbleiterelement im Vergleich zum Anschluss des Widerstands 11 und des negativen Elektrodenleitermusters 3b über den Bonddraht reduziert werden kann. Dadurch kann der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung durch die Dämpfungsschaltung weiter verstärkt werden.
  • Ausführungsform 3
  • Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls
  • 10 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Obwohl das in 10 bis 12 dargestellte Leistungshalbleitermodul nahezu identisch mit dem in 7 bis 9 dargestellten Leistungshalbleitermodul aufgebaut ist, unterscheidet sich das in 10 bis 12 dargestellte Leistungshalbleitermodul von dem in 7 bis 9 dargestellten Leistungshalbleitermodul durch die Anordnung des isolierenden Substrats 8 und die Anordnung eines Verbindungsbereichs der Dämpfungsschaltung und des positiven Elektrodenleitermusters 3a. In dem in 10 bis 12 dargestellten Leistungshalbleitermodul werden auf der Unterseite des isolierenden Substrats 8 ein erstes Verdrahtungsmuster 7a' und ein zweites Verdrahtungsmuster 7b' gebildet, wobei sich das Dämpfungssubstrat entsprechend dem isolierenden Substrat 8, auf dem die Dämpfungsschaltung gebildet wird, sowohl über einen Teil des positiven Elektrodenleitermusters 3a als auch über einen Teil des negativen Elektrodenleitermusters 3b erstreckt. Die positive Elektrodenseite des Kondensators 10 ist mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a verbunden, wobei das erste Verdrahtungsmuster 7a, ein Leiter im Durchgangsloch 12, das erste Verdrahtungsmuster 7a' und Lot 2 dazwischengeschaltet sind. Die negative Elektrodenseite des Widerstands 11 ist mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b durch das zweite Verdrahtungsmuster 7b verbunden, wobei ein Leiter in Durchgangsloch 12, das zweite Verdrahtungsmuster 7b' und das Lot 2 dazwischengeschaltet sind.
  • Anders ausgedrückt, ist in dem in 10 bis 12 dargestellten Leistungshalbleitermodul mindestens eine Dämpfungsschaltung sowohl auf dem positiven Elektrodenleitermuster 3a als auch auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b angeordnet. Im isolierenden Substrat 8 wird das erste Durchgangsloch 12 in einem Bereich auf dem positiven Elektrodenleitermuster 3a und das zweite Durchgangsloch 12 in einem Bereich auf dem negativen Elektrodenleitermuster 3b gebildet. Das Dämpfungssubstrat weist einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter auf. Der erste Leiter ist im ersten Durchgangsloch 12 angeordnet und mit mindestens einer Dämpfungsschaltung verbunden. Der zweite Leiter ist im zweiten Durchgangsloch 12 angeordnet und ist mit mindestens einer Dämpfungsschaltung verbunden. Der erste Leiter wird mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a verbunden. Der zweite Leiter wird mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden.
  • Funktion und Wirkung des Leistungshalbleitermoduls
  • Mit einer solchen Konfiguration kann der Effekt ähnlich dem des
  • Leistungshalbleitermoduls nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Das heißt, ein Ende der Dämpfungsschaltung ist über das Durchgangsloch mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a und das andere Ende der Dämpfungsschaltung mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b über das Durchgangsloch verbunden. Auf diese Weise wird die Dämpfungsschaltung in das Leistungshalbleitermodul integriert. Da die Dämpfungsschaltung in das Leistungshalbleitermodul eingebaut ist, wird die Dämpfungsschaltung an einer Stelle in der Nähe des Leistungshalbleiterelements angeordnet, im Vergleich zu dem Fall, dass die Dämpfungsschaltung außerhalb des Leistungshalbleitermoduls vorgesehen ist, und somit kann der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung verstärkt werden. Insbesondere wird die positive Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung durch den Leiter im Durchgangsloch 12 mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a und die negative Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung wird durch den Leiter im Durchgangsloch 12 mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden, so dass die Verdrahtungsinduktivität zwischen der Dämpfungsschaltung und dem Leistungshalbleiterelement im Vergleich zur Verwendung eines Bonddrahtes reduziert werden kann. Dadurch kann der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung durch die Dämpfungsschaltung weiter verstärkt werden.
  • Ausführungsform 4
  • Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls
  • 13 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 14 ist eine schematische Darstellung einer Querschnittsstruktur eines Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 ist eine schematische Darstellung einer planaren Struktur des Dämpfungssubstrats des Leistungshalbleitermoduls gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Obwohl das in 13 bis 15 dargestellte Leistungshalbleitermodul nahezu identisch mit dem in 10 bis 12 dargestellten Leistungshalbleitermodul aufgebaut ist, unterscheidet sich das in 13 bis 15 dargestellte Leistungshalbleitermodul von dem in 10 bis 12 dargestellten Leistungshalbleitermodul bezüglich der Anordnung des Widerstands 11 in der Dämpfungsschaltung und der Konfiguration des isolierenden Substrats 8, d.h. im Leistungshalbleitermodul der 13 bis 15, sind der Kondensator 10 und der Widerstand 11 auf verschiedenen Oberflächen des Dämpfungssubstrats angebracht.
  • Im in 13 bis 15 dargestellten Leistungshalbleitermodul werden auf der Oberseite des isolierenden Substrats 8 ein erstes Verdrahtungsmuster 7a und das dritte Verdrahtungsmuster 7c gebildet, außerdem werden auf der Unterseite des isolierenden Substrats 8 ein erstes Verdrahtungsmuster 7a', ein zweites Verdrahtungsmuster 7b' und ein drittes Verdrahtungsmuster 7c' gebildet. Der Kondensator 10 ist zwischen dem ersten Verdrahtungsmuster 7a und dem dritten Verdrahtungsmuster 7c angebracht. Der Widerstand 11 wird auf einer anderen Oberfläche als der Kondensator 10 gebildet, d.h. auf der Unterseite des isolierenden Substrats 8, um das zweite Verdrahtungsmuster 7b' und das dritte Verdrahtungsmuster 7c' zu verbinden. Das dritte Verdrahtungsmuster 7c auf der Oberseite des isolierenden Substrats 8 und das dritte Verdrahtungsmuster 7c' auf der Unterseite des isolierenden Substrats 8 sind durch einen Leiter im Durchgangsloch 12 verbunden. Dadurch werden der Kondensator 10 und der Widerstand 11 in Reihe geschaltet und bilden die Dämpfungsschaltung. Das isolierende Substrat 8 mit der darauf gebildeten Dämpfungsschaltung bildet das Dämpfungssubstrat. Das Dämpfungssubstrat ist so angeordnet, dass es sich über einen Bereich des positiven Elektrodenleitermuster 3a und einen Bereich des negativen Elektrodenleitermusters 3b erstreckt.
  • Die positive Elektrodenseite des Kondensators 10 ist mit dem positiven Elektrodenleitermuster 3a verbunden, wobei das erste Verdrahtungsmuster 7a, der Leiter im Durchgangsloch 12, das erste Verdrahtungsmuster 7a' und das Lot 2 dazwischen angeordnet sind. Die negative Elektrodenseite des Widerstands 11 ist mit dem negativen Elektrodenleitermuster 3b verbunden, wobei das zweite Verdrahtungsmuster 7b' und das Lot 2 dazwischen eingefügt sind.
  • In der vierten Ausführungsform sind der Kondensator 10 auf der Oberseite des Dämpfungssubstrats und der Widerstand 11 auf der Unterseite des Dämpfungssubstrats angeordnet. Der Widerstand 11 kann jedoch auf der Oberseite des Dämpfungssubstrats und der Kondensator 10 auf der Unterseite des Dämpfungssubstrats angeordnet werden.
  • Anders ausgedrückt, wird im Leistungshalbleitermodul in 13 bis 15 der Kondensator 10 auf der Oberseite gebildet, die eine erste Hauptfläche des isolierenden Substrats 8 ist, der Widerstand 11 auf der Unterseite, die eine zweite Hauptfläche ist, die sich von der ersten Hauptfläche des isolierenden Substrats 8 unterscheidet, d.h. der Kondensator 10 und der Widerstand 11 werden auf den verschiedenen Oberflächen des isolierenden Substrats 8 ausgebildet.
  • Funktion und Wirkung des Leistungshalbleitermoduls
  • Mit einer solchen Konfiguration kann der ähnliche Effekt wie beim Leistungshalbleitermodul nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt werden. Das heißt, da der Kondensator 10 und der Widerstand 11, die die Dämpfungsschaltung bilden, auf beiden Oberflächen des Dämpfungssubstrats montiert und in das Leistungshalbleitermodul eingebaut sind, wird die Dämpfungsschaltung an einer Stelle nahe dem Leistungshalbleiterelement angeordnet, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Dämpfungsschaltung außerhalb des Leistungshalbleitermoduls angeordnet wird. Dadurch kann der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung verstärkt werden. Darüber hinaus können der Kondensator 10 und der Widerstand 11 so angeordnet werden, dass sie sich bei planarer Betrachtung des Dämpfungssubstrats überlappen, so dass der Bereich des Dämpfungssubstrats, d.h. der Bereich des isolierenden Substrats 8, reduziert werden kann. Daher kann das Leistungshalbleitermodul mit dem darin eingebauten Dämpfungssubstrat verkleinert werden.
  • 19 zeigt ein experimentelles Ergebnis zur Reduzierung der Überschwingspannung durch den Einbau einer CR Dämpfungsschaltung in ein Leistungshalbleitermodul. Die vertikale Achse in 19 stellt die Anoden-Kathodenspannung einer Freilaufdiode eines gegenüberliegenden Zweiges während eines Einschaltvorgangs dar. Die horizontale Achse in 19 stellt die Zeit dar. Die Nennspannung des im Experiment verwendeten Leistungshalbleitermoduls beträgt 1200V. Eine gestrichelte Linie A stellt eine Spannungswellenform zwischen der Anode und der Kathode des Leistungshalbleitermoduls dar, in das keine Dämpfungsschaltung eingebaut ist. Eine Spannungsänderungsrate der Spannung zwischen der Anode und der Kathode beträgt etwa 15 V/ns. Die Spannungsänderungsrate von 15 V/ns ist eine recht hohe Schaltgeschwindigkeit für eine Spannungsänderungsrate beim Betrieb des normalen Leistungshalbleitermoduls, bei dem die Dämpfungsschaltung nicht eingebaut ist.
  • Andererseits stellt die dünne durchgezogene Linie B die Wellenform dar, wenn die Dämpfungsschaltung in das Modul eingebaut ist. Obwohl die Überschwingspannung durch den Einbau der Dämpfungsschaltung in das Modul reduziert wird, sinkt die Spannungsänderungsrate der Anodenkathodenspannung auf etwa 5 V/ns. Wie vorstehend beschrieben, ist zu erkennen, dass dann, wenn das Leistungshalbleiterelement unter Verwendung der gleichen Gate-Treiberschaltung angesteuert wird, das Modul mit der darin eingebauten Dämpfungsschaltung eine Abnahme der Spannungsänderungsrate von etwa 15 V/ns auf etwa 5 V/ns bewirkt.
  • Die Abnahme der Spannungsänderungsrate führt zu einer Zunahme der Schaltverluste, weshalb es wünschenswert ist, den Schaltvorgang mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit durchzuführen. So wurde mit dem Leistungshalbleitermodul mit eingebauter Dämpfungsschaltung ein Schaltbetriebstest in einem Zustand durchgeführt, in dem der Gate-Widerstand niedrig war und eine Gleichstrom-Anschlussspannung von 600V auf 850V erhöht wurde. Die dicke durchgezogene Linie C stellt das experimentelle Ergebnis dar, wenn das Leistungshalbleiterelement mit einer Spannungsänderungsrate von 30 V/ns betrieben wird, die doppelt so hoch ist wie die normale Schaltgeschwindigkeit. Es zeigt sich, dass auch unter dieser Bedingung keine Überschwingspannung auftritt und der Spannungsspitzenwert gleich oder kleiner als der Nennspannungswert des Leistungshalbleitermoduls ist. Darüber hinaus wird die Gleichstrom-Anschlussspannung in der Regel auf die Hälfte bis zwei Drittel der Nennspannung des Leistungshalbleitermoduls eingestellt, so dass die Gleichstrom-Anschlussspannung 600 V bis 800 V beträgt beim Betrieb des Leistungshalbleitermoduls bei 1200 V. Das Ergebnis in 19 zeigt, dass das Leistungshalbleitermodul bei der hohen Gleichstrom-Anschlussspannung von 850 V eingesetzt werden kann. Darauf aufbauend ermöglicht das Leistungshalbleitermodul mit eingebauter Dämpfungsschaltung den schnellen Schaltvorgang bei einer Spannungsänderungsrate von nicht weniger als 15 V/ns und reduziert die Schaltverluste. Das heißt, das Leistungshalbleitermodul nach der vorliegenden Ausführungsform kann beim Schalten mit einer Spannungsänderungsrate von mindestens 15 V/ns betrieben werden.
  • Ausführungsform 5
  • Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls
  • 16 ist eine schematische Darstellung eines Zweigs in einer Leistungswandlerschaltung, die ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. 17 ist eine schematische Darstellung der Leistungswandlerschaltung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein in 16 dargestellter Zweig 20 bildet die in 17 dargestellte Leistungsumwandlungsschaltung. Zweig 20 in 16 wird gebildet, indem ein Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite und ein Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite in Reihe geschaltet werden. Zusätzlich ist eine Dämpfungsschaltung 13 im Zweig 20 montiert, wie in 16 dargestellt. Die positive Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung 13 ist mit einer positiven Elektrode des Leistungshalbleiterelements auf der positiven Elektrodenseite verbunden, und die negative Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung 13 ist mit einer negativen Elektrode des Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite verbunden.
  • Bei einer solchen Konfiguration kann die in 17 dargestellte Leistungswandlervorrichtung durch Verwendung des Zweigs 20 als Leistungshalbleitermodul mit eingebauter Dämpfungsschaltung gebildet werden. In diesem Fall ist in jedem Zweig, der den Schaltvorgang durchführt, die Dämpfungsschaltung 13 vorgesehen, so dass der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung verstärkt werden kann.
  • Drei Zweige 20 als Leistungshalbleitermodul gemäß 16 sind parallelgeschaltet und bilden die in 17 dargestellte Leistungswandlervorrichtung. Obwohl die in 17 dargestellte Leistungswandlervorrichtung nahezu identisch mit der in 1 dargestellten Leistungswandlervorrichtung aufgebaut ist, unterscheidet sich die in 17 dargestellte Leistungswandlervorrichtung von der in 1 dargestellten Leistungswandlervorrichtung dadurch, dass jeder der drei Zweige 20a bis 20c eine Dämpfungsschaltung 13 aufweist. Im Leistungshalbleitermodul 14, das aus drei Zweigen 20a bis 20c besteht, sind die erste bis dritte Dämpfungsschaltung 13 in den Zweigen 20a, 20b bzw. 20c angeordnet. Anders ausgedrückt, weist mindestens eine Dämpfungsschaltung, die das Leistungshalbleitermodul bildet, erste bis dritte Dämpfungsschaltungen 13 auf, die mit ersten bis dritten Zweigen 20a bis 20c verbunden sind. Die positive Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung 13 ist mit einer positiven Elektrode des Leistungshalbleiterelements auf der positiven Elektrodenseite verbunden, und die negative Elektrodenseite der Dämpfungsschaltung 13 ist mit einer negativen Elektrode des Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite verbunden.
  • Funktion und Wirkung des Leistungshalbleitermoduls
  • Mit einer solchen Konfiguration kann die Leistungswandlervorrichtung gebildet werden, indem Zweige 20a bis 20c als Leistungshalbleitermodul mit darin eingebauten Dämpfungsschaltungen 13 verwendet werden, und die Dämpfungsschaltung wird in jedem der Zweige 20a, 20b und 20c angeordnet, die den Schaltvorgang durchführen. Dadurch kann der Effekt der Reduzierung der Überschwingspannung verstärkt werden.
  • Ausführungsform 6
  • Konfiguration der Leistungswandlervorrichtung
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird das Leistungshalbleitermodul nach einer der ersten bis fünften oben beschriebenen Ausführungsformen auf eine Leistungswandlervorrichtung angewendet. Während die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Leistungswandlervorrichtung beschränkt ist, wird im Folgenden eine sechste Ausführungsform im Zusammenhang mit dem Fall beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung auf einen Drehstromwechselrichter angewendet wird.
  • 18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Energieumwandlungssystems zeigt, auf das die Leistungswandlervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform angewendet wird.
  • Das in 18 dargestellte Energiewandlersystem weist eine Stromversorgung 100, eine Leistungswandlervorrichtung 200 und eine Last 300 auf. Die Stromversorgung 100 ist eine Gleichstrom-Stromversorgung und ist konfiguriert, um die Leistungswandlervorrichtung 200 mit Gleichstrom zu versorgen. Die Stromversorgung 100 kann durch verschiedene Komponenten realisiert werden. So kann beispielsweise die Stromversorgung 100 durch ein Gleichstromsystem, eine Solarbatterie oder eine Speicherbatterie, durch eine Gleichrichterschaltung oder einen an ein Wechselstromsystem angeschlossenen AC/DC-Wandler realisiert werden. Alternativ kann die Stromversorgung 100 durch einen DC/DC-Wandler implementiert werden, der konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung eines Gleichstromsystems in eine vorgeschriebene Leistung umzuwandeln.
  • Die Leistungswandlervorrichtung 200 ist ein dreiphasiger Wechselrichter, der zwischen die Stromversorgung 100 und die Last 300 geschaltet und konfiguriert ist, um die von der Stromversorgung 100 gelieferte Gleichspannung in Wechselstrom umzuwandeln und die Wechselspannung an die Last 300 zu liefern. Wie in 18 dargestellt, weist die Leistungswandlervorrichtung 200 eine Hauptwandlerschaltung 201, die konfiguriert ist, um die Gleichstromleistung in die Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung auszugeben, und eine Steuerschaltung 203 auf, die konfiguriert ist, um ein Steuersignal zum Steuern der Hauptwandlerschaltung 201 in die Hauptwandlerschaltung 201 auszugeben.
  • Die Last 300 ist ein Drehstrommotor, der mit dem von der Leistungswandlervorrichtung 200 gelieferten Wechselstrom betrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf eine bestimmte Anwendung beschränkt. Die Last 300 kann ein Motor sein, der in verschiedenen Arten von elektrischen Geräten eingebaut ist und als Motor beispielsweise für ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Aufzug oder eine Klimaanlage verwendet wird.
  • Die Details der Leistungswandlervorrichtung 200 werden im Folgenden beschrieben. Die Hauptwandlerschaltung 201 weist ein Schaltelement und eine Freilaufdiode (nicht dargestellt) auf, und das Schaltelement schaltet, um dadurch die von der Stromversorgung 100 gelieferte Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umzuwandeln und die Wechselstromleistung auf die Last 300 zu übertragen. Während es verschiedene spezifische Schaltungskonfigurationen der Hauptwandlerschaltung 201 gibt, ist die Hauptwandlerschaltung 201 nach der vorliegenden Ausführungsform eine zweistufige dreiphasige Vollbrückenschaltung und kann aus sechs Schaltelementen und sechs Freilaufdioden gebildet werden, die antiparallel mit den jeweiligen Schaltelementen verbunden sind. Die Elemente, die das Leistungshalbleitermodul nach einer der ersten bis fünften oben beschriebenen Ausführungsformen bilden, können als jedes Schaltelement und jede Freilaufdiode der Hauptwandlerschaltung 201 verwendet werden. Das Leistungshalbleitermodul nach einer der ersten bis fünften oben beschriebenen Ausführungsformen kann als Halbleitermodul 202 zur Bildung der Hauptwandlerschaltung 201 eingesetzt werden. Die vorstehend beschriebenen sechs Schaltelemente und die sechs antiparallel mit den jeweiligen Schaltelementen verbundenen Freilaufdioden bilden drei Leistungshalbleitelemente auf der positiven Elektrodenseite und drei Leistungshalbleitelemente auf der negativen Elektrodenseite. Ein Leistungshalbleitelement in der Gruppe der positiven Elektrodenseite und ein Leistungshalbleitelement in der Gruppe der negativen Elektrodenseite sind in Reihe geschaltet, um einen Zweig (Ober- und Unterzweig) und eine beliebige der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase zu bilden. Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Zweige (Ober- und Unterzweig), d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Hauptwandlerschaltung 201 sind an die Last 300 angeschlossen.
  • Obwohl die Hauptwandlerschaltung 201 eine Treiberschaltung (nicht dargestellt) aufweist, die zum Betreiben jedes Schaltelements konfiguriert ist, kann die Treiberschaltung in das Halbleitermodul 202 eingebaut oder separat vom Halbleitermodul 202 angeordnet werden. Die Treiberschaltung erzeugt ein Treibersignal zum Ansteuern jedes Schaltelements der Hauptwandlerschaltung 201 und liefert das Treibersignal an eine Steuerelektrode jedes Schaltelements der Hauptwandlerschaltung 201. Insbesondere gibt die Treiberschaltung gemäß einem von der Steuerschaltung 203 gelieferten Steuersignal ein Steuersignal zum Einschalten jedes Schaltelements und ein Steuersignal zum Ausschalten jedes Schaltelements an die Steuerelektrode jedes Schaltelements aus.
  • Funktion und Wirkung der Leistungswandlervorrichtung
  • In der Leistungswandlervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform wird das Leistungshalbleitermodul nach einer der ersten bis fünften Ausführungsformen als Halbleitermodul 202 der Hauptwandlerschaltung 201 angewendet. Daher ist die Dämpfungsschaltung 13 im Halbleitermodul 202 eingebaut, so dass die Überschwingspannung effektiv reduziert werden kann. Darüber hinaus können das Halbleitermodul 202 und die Leistungswandlervorrichtung verkleinert werden.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform im Zusammenhang mit einem Beispiel beschrieben wurde, in dem die vorliegende Erfindung auf einen zweistufigen Drehstromwechselrichter angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann auf verschiedene Leistungswandlervorrichtungen angewendet werden. Obwohl die zweistufige Leistungswandlervorrichtung in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann eine dreistufige oder mehrstufige Leistungswandlervorrichtung verwendet werden, oder die vorliegende Erfindung kann auf einen einphasigen Wechselrichter angewendet werden, wenn Strom an eine einphasige Last geliefert wird. Wenn eine Gleichstrom-Last oder dergleichen mit Strom versorgt wird, kann die vorliegende Erfindung auch auf einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler angewendet werden.
  • Darüber hinaus ist die Leistungswandlervorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, nicht auf den Fall beschränkt, dass die oben beschriebene Last ein Motor ist. Die Leistungswandlervorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann auch als Stromversorgung einer Funkenerosionsmaschine, einer Laserbearbeitungsmaschine, eines Induktionserwärmungskochers oder eines drahtlosen Energieübertragungssystems verwendet werden. Darüber hinaus kann die Leistungswandlervorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, auch als Leistungskonditionierer einer Photovoltaikanlage, eines Energiespeichersystems oder dergleichen verwendet werden.
  • Es ist zu verstehen, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht illustrativ und nicht einschränkend sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite
    2
    Lot
    3a
    positives Elektrodenleitermuster
    3b
    negatives Elektrodenleitermuster
    3c
    Wechselstrom-Elektrodenmuster
    3d
    Rückseitenleitermuster
    4
    Verbindungselement
    5
    Metallbasis
    6a, 6b, 106
    Bonddraht
    7a
    erstes Verdrahtungsmuster
    7b
    zweites Verdrahtungsmuster
    7c
    drittes Verdrahtungsmuster
    8
    isolierendes Substrat
    8b
    zweites isolierendes Substrat
    10
    Kondensator
    11
    Widerstand
    12
    Durchgangsloch
    13
    Dämpfungsschaltung
    14
    Leistungshalbleitermodul
    15
    Motor
    16N
    Schaltelement auf der negativen Elektrodenseite
    16P
    Schaltelement auf der positives Elektrodenseite
    17N
    Freilaufdiode auf der negativen Elektrodenseite
    17P
    Freilaufdiode auf der positives Elektrodenseite
    20, 20a, 20b, 20c
    Zweig
    30,100
    Stromversorgung
    200
    Leistungswandlervorrichtung
    201
    Hauptwandlerschaltung
    202
    Halbleitermodul
    203
    Steuerschaltung
    300
    Last
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013222950 A [0007]
    • JP 9135155 A [0007]

Claims (14)

  1. Leistungshalbleitermodul, das Folgendes aufweist: - mindestens ein Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite; - mindestens ein Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite; - ein positives Elektrodenleitermuster mit dem mindestens einen Leistungshalbleiterelement, das auf der positiven Elektrodenseite angebracht ist; - ein negatives Elektrodenleitermuster, das mit einer negativen Elektrode des mindestens einen Leistungshalbleiterelements auf der negativen Elektrodenseite verbunden ist, - ein Wechselstrom-Elektrodenmuster mit dem mindestens einen Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite, das darauf angebracht und mit einer negativen Elektrode des mindestens einen Leistungshalbleiterelements auf der positiven Elektrodenseite verbunden ist; und - ein Dämpfungssubstrat, wobei das Dämpfungssubstrat Folgendes aufweist: - ein isolierendes Substrat; und - mindestens eine Dämpfungsschaltung, die auf dem isolierenden Substrat angeordnet ist, wobei das Dämpfungssubstrat auf mindestens einem, dem positiven Elektrodenleitermuster, dem negativen Elektrodenleitermustern und/oder dem Wechselstrom-Elektrodenmuster angeordnet ist, wobei die mindestens eine Dämpfungsschaltung mit dem positiven Elektrodenleitermuster und dem negativen Elektrodenleitermuster verbunden ist.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: einen ersten Bonddraht, der ausgebildet ist, um die mindestens eine Dämpfungsschaltung und das positive Elektrodenleitermuster zu verbinden; und einen zweiten Bonddraht, der ausgebildet ist, um die mindestens eine Dämpfungsschaltung und das negative Elektrodenleitermuster zu verbinden.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei im isolierenden Substrat ein Durchgangsloch ausgebildet ist, wobei das Leistungshalbleitermodul ferner Folgendes aufweist: einen im Durchgangsloch angeordneten und mit der mindestens einen Dämpfungsschaltung verbundenen Leiter, wobei der Leiter mit einem, dem positiven Elektrodenleitermuster oder dem negativen Elektrodenleitermustern verbunden ist, die sich unter dem Dämpfungssubstrat befinden; und einen Bonddraht, der konfiguriert ist, um die mindestens eine Dämpfungsschaltung und dem jeweils anderen, dem negativen Elektrodenleitermuster oder dem positiven Elektrodenleitermuster zu verbinden.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Dämpfungsschaltung sowohl auf dem positiven Elektrodenleitermuster als auch auf dem negativen Elektrodenleitermuster angeordnet ist, im isolierenden Substrat ein erstes Durchgangsloch in einem Bereich auf dem positiven Elektrodenleitermuster und ein zweites Durchgangsloch in einem Bereich auf dem negativen Elektrodenleitermuster gebildet ist, wobei das Leistungshalbleitermodul ferner Folgendes aufweist: einen ersten Leiter, der im ersten Durchgangsloch angeordnet und mit der mindestens einen Dämpfungsschaltung verbunden ist; und einen zweiten Leiter, der im zweiten Durchgangsloch angeordnet und mit der mindestens einen Dämpfungsschaltung verbunden ist, wobei der erste Leiter mit dem positiven Elektrodenleitermuster verbunden ist, wobei der zweite Leiter mit dem negativen Elektrodenleitermuster verbunden ist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Dämpfungsschaltung eine Schaltung ist, in der ein Kondensator und ein Widerstand in Reihe geschaltet sind.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 5, wobei der Kondensator und der Widerstand auf einer ersten Hauptoberfläche des isolierenden Substrats ausgebildet sind.
  7. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 5, wobei der Kondensator und der Widerstand auf verschiedenen Oberflächen des isolierenden Substrats ausgebildet sind.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Widerstand ein Dickschicht-Widerstand ist.
  9. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das mindestens eine Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite das erste bis dritte Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite aufweist, das mindestens eine Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite das erste bis dritte Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite aufweist, das erste Leistungshalbleiterelement auf der positiven Elektrodenseite und das erste Leistungshalbleiterelement auf der negativen Elektrodenseite in Reihe geschaltet sind, um einen ersten Zweig zu bilden, das zweite Leistungshalbleitelement auf der positiven Elektrodenseite und das zweite Leistungshalbleitelement auf der negativen Elektrodenseite in Reihe geschaltet sind, um einen zweiten Zweig zu bilden, und das dritte Leistungshalbleitelement auf der positiven Elektrodenseite und das dritte Leistungshalbleitelement auf der negativen Elektrodenseite in Reihe geschaltet sind, um einen dritten Zweig zu bilden.
  10. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Dämpfungsschaltung erste bis dritte Dämpfungsschaltungen aufweist, die mit dem ersten bis dritten Zweig verbunden sind.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jedes der mindestens einen Leistungshalbleitelemente auf der positiven Elektrodenseite und das mindestens eine Leistungshalbleitelement auf der negativen Elektrodenseite aus einem Halbleiter mit weitem Bandabstand gebildet ist.
  12. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 11, wobei der Halbleiter mit weitem Bandabstand einer ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid, Galliumnitrid, Diamant und Galliumoxid.
  13. Leistungswandlervorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Hauptwandlerschaltung, die das Leistungshalbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist und konfiguriert ist, um die zugeführte elektrische Energie umzuwandeln und die umgewandelte elektrische Energie auszugeben; und eine Steuerschaltung, die konfiguriert ist, um ein Steuersignal zum Steuern der Hauptwandlerschaltung an die Hauptwandlerschaltung abzugeben.
  14. Leistungswandlervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Leistungswandlervorrichtung beim Schalten mit einer Spannungsänderungsrate von mindestens 15 V/ns betrieben wird.
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