DE112018002579T5

DE112018002579T5 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE112018002579T5
Application number: DE112018002579.9T
Authority: DE
Inventors: Chihiro Kawahara; Takeshi Horiguchi; Yoshiko Tamada; Yasushi Nakayama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2018-01-04
Publication date: 2020-03-19
Also published as: CN110612600A; WO2018211735A1; JPWO2018211735A1; CN110612600B; US11346879B2; US20200116780A1; JP6727428B2

Abstract

Eine erhöhte Genauigkeit bei der Erkennung einer Verschlechterung eines Halbleiterbauelements soll erreicht werden. Ein erstes Metallmuster (51) und ein zweites Metallmuster (52) sind mit einer Steuerung (100) verbunden. Ein Bonddraht (41) verbindet das erste Metallmuster (51) und eine Emitter-Elektrode (31). Ein gerader Leiter (1a) ist zwischen einer ersten Elektrodenfläche (311) und einer zweiten Elektrodenfläche (312) verbunden. Erste Bonddrähte (411 bis 414) verbinden die erste Elektrodenfläche (311) und das zweite Metallmuster (52). Zweite Bonddrähte (415 bis 418) verbinden die zweite Elektrodenfläche (312) und das zweite Metallmuster (52). Die Steuerung (100) erkennt die Verschlechterung des Halbleiterbauelements (1), wenn eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Metallmuster (51) und dem zweiten Metallmuster (52) über einem Schwellenwert liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit Verschlechterungs-Detektionsfunktion.
STAND DER TECHNIK
Ein Halbleiterbauelement (Leistungsmodul), in dem ein Leistungs-Halbleiterelement verpackt ist, wird als Schaltelement in einer Vielzahl von Bereichen verwendet. Das Halbleiterbauelement kann in erster Linie als Bestandteil eines Stromversorgungssystems oder Motorantriebssystems in Universalgeräten (z.B. Haushaltsgeräten, Elektrofahrzeugen, Zügen oder Aufzügen) oder Industriegeräten (z.B. Servomotoren) eingesetzt werden.
Einige Halbleiterbauelemente haben eine Verschlechterungs-Detektionsfunktion. Die Japanische Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift JP 2010-932 89 A (Patentdokument 1) beschreibt ein Leistungshalbleitermodul, das die Verschlechterung mehrerer Metalldrähte (Bonddrähte) durch Messung einer Potentialdifferenz zwischen einer Oberflächenelektrode eines Halbleiterelements und einer Elektrodenmetallplatte erkennt, die über die Bonddrähte mit der Oberflächenelektrode verbunden ist,.
STAND DER TECHNIK
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2010-932 89 A
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Viele Halbleiterbauelemente, in denen ein Leistungshalbleiterelement verpackt ist, verbinden ein Halbleiterelement durch über Ultraschall angebrachte (gebondete) Bonddrähte. Wird das Halbleiterbauelement für den Schaltbetrieb verwendet, fließt beim Einschalten ein großer Strom durch das Halbleiterbauelement, so dass durch eine Widerstandskomponente innerhalb des Strompfades sowie durch die (Re-) Kombination von Elektronen und Löchern an einem P-N-Übergang Wärme erzeugt wird. Die im Halbleiterbauelement erzeugte Wärme erhöht die Temperatur im Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement hat unter Stromfluss einen große Leistung und ist daher oft mit einem Kühlkörper verbunden, der luft- oder flüssigkeitsgekühlt werden soll. Wenn das Halbleiterbauelement ausgeschaltet wird, sinkt die Temperatur. Im Allgemeinen unterscheidet sich der Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen dem Halbleiterelement und einem Bauteil, das eine Metallverbindung und ein Lot usw. aufweist, und aufgrund solcher Temperaturänderungen kann eine thermische Spannung auftreten. Temperaturänderungen durch Wärmeentwicklung und Abkühlung sind besonders in der Nähe des Halbleiterelements von Bedeutung, so dass eine Spannung auftritt und ein Riss an der Verbindung zwischen einem Bonddraht und dem Halbleiterelement auftreten kann. Wenn am Bonddraht ein Riss entsteht, lässt sich der Bonddraht leicht lösen oder trennen. Das Halbleiterbauelement kann durch eine solche Verschlechterung der Bonddrähte ausfallen. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Verschlechterung des Bonddrahtes mit hoher Genauigkeit zu erfassen, um die Lebensdauer des Halbleiterbauelements zu bestimmen.
Durch die Verschlechterung des Bonddrahtes, der die Oberflächenelektrode des Halbleiterelements mit einer Elektrodenmetallplatte verbindet, ändert sich der Widerstand zwischen der Oberflächenelektrode des Halbleiterelements und der Elektrodenmetallplatte. Das in der Japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift JP 2010-932 89 A (Patentdokument 1) beschriebene Leistungshalbleitermodul erkennt Verschlechterung eines Bonddrahtes durch Erfassen der Widerstandsänderungen als Veränderungen der Potentialdifferenz zwischen der Oberflächenelektrode des Halbleiterelements und der Elektrodenmetallplatte.
Wenn die Oberflächenelektrode des Halbleiterelements aus einer einzigen Elektrodenfläche gebildet wird, wie bei dem in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2010-932 89 A (Patentdokument 1) beschriebene Leistungshalbleitermodul, kann der Widerstand (Flächenwiderstand) der Elektrodenfläche im Vergleich zu einem kombinierten Widerstand von mehreren Bonddrähte vernachlässigbar klein sein. In einem solchen Fall sind die Widerstandsänderungen zwischen der Oberflächenelektrode des Halbleiterelements und der Elektrodenmetallplatte im Wesentlichen gleich den Änderungen des kombinierten Widerstands mehrerer Bonddrähte.
Änderungen im kombinierten Widerstand mehrerer Bonddrähte werden in erster Linie zur Erkennung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements verwendet, da es gemäß der Japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift JP 2010-932 89 A (Patentdokument 1) schwierig sein kann, die Änderungen im kombinierten Widerstand von Bonddrähte bei kleinen Änderungen zu erkennen.
Die vorliegende Erfindung soll das oben beschriebene Problem lösen, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Genauigkeit bei der Erkennung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements zu erhöhen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Ein Halbleiterbauelement nach der vorliegenden Erfindung weist eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode, eine Steuerelektrode, eine Steuerung, ein erstes Metallmuster und ein zweites Metallmuster, einen Verbinder und eine Vielzahl von Bonddrähten auf. Die Steuerung legt eine Spannung an die Steuerelektrode an, um den Stromfluss von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode zu steuern. Das erste Metallmuster und das zweite Metallmuster sind mit der Steuerung verbunden. Der Verbinder verbindet das erste Metallmuster und die zweite Elektrode. Die Vielzahl der Bonddrähte verbindet das zweite Metallmuster und die zweite Elektrode. Die zweite Elektrode weist eine Vielzahl von Elektrodenflächen und einen Widerstand auf. Die Vielzahl der Elektrodenflächen beinhaltet eine erste Elektrodenfläche und eine zweite Elektrodenfläche. Der Widerstand wird zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angeordnet. Die Vielzahl der Bonddrähte beinhaltet einen ersten Bonddraht und einen zweiten Bonddraht. Der erste Bonddraht verbindet die erste Elektrodenfläche und das zweite Metallmuster. Der zweite Bonddraht verbindet die zweite Elektrodenfläche und das zweite Metallmuster. Die Steuerung ist konfiguriert, um eine Verschlechterung des Halbleiterbauelements zu erkennen, wenn eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Metallmuster und dem zweiten Metallmuster über einem ersten Schwellenwert liegt.
Im Halbleiterbauelement nach der vorliegenden Erfindung ändert sich bei einem schwindenden/alternden Bonddraht, der die zweite Elektrode und das zweite Metallmuster verbindet, der Widerstandswert zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Metallmuster. Da die zweite Elektrode mit dem ersten Metallmuster verbunden ist, wird die Änderung des Widerstandswertes von der Steuerung als Potentialdifferenz zwischen dem ersten Metallmuster und dem zweiten Metallmuster erkannt.
Wenn sich der ersten Bonddraht und/oder der zweite Bonddraht verschlechtern, wird ein Teil des Stroms, der durch den verschlechterten Bonddraht geflossen ist, dann durch den Widerstand geleitet, der zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche liegt. Dadurch ändert sich die Stromverteilung auf der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche, was den Flächenwiderstand der zweiten Elektrode erhöht. Wenn sich im Halbleiterbauelement nach der vorliegenden Erfindung der Bonddraht verschlechtert, beinhaltet der Flächenwiderstand der zweiten Elektrode neben dem Widerstand der Vielzahl von Bonddrähte auch den kombinierten Widerstand. Dadurch sind die Veränderungen in der Potentialdifferenz zwischen dem ersten Metallmuster und dem zweiten Metallmuster bei Verschlechterung des Bonddrahtes größer als bei der Bildung der zweiten Elektrode aus einer einzigen Elektrodenfläche.
Effekt der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung kann das Erkennen von Veränderungen der Potentialdifferenz durch die Verschlechterung eines Bonddrahtes erleichtert werden. Dadurch kann eine erhöhte Genauigkeit bei der Erkennung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements erreicht werden.
Figurenliste

1 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements nach Ausführungsform 1;
2 ist eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements entlang der Linie II-II von 1;
3 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Schaltungs-Struktur eines Spannungsdetektors und einer Verschlechterungsbestimmungseinheit, die in einer Steuerung gemäß 1 enthalten ist;
4 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer Abwandlung der Ausführungsform 1;
5 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements nach Ausführungsform 2;
6 ist eine Gesamtansicht, die Bonddrähte zeigt, die im mittleren Teil des Halbleiterelements angeordnet sind und vom Halbleiterelement gelöst oder getrennt werden;
7 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements gemäß einer Abwandlung von Ausführungsform 2;
8 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements nach Ausführungsform 3;
9 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements nach Abwandlung 1 der Ausführungsform 3;
10 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements nach Abwandlung 2 der Ausführungsform 3;
11 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements nach Abwandlung 3 der Ausführungsform 3, und
12 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements nach Ausführungsform 4.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Ähnliche Bezugszeichen werden verwendet, um auf ähnliche oder korrespondierende Teile in den Zeichnungen zu verweisen, und ihre Beschreibung wird im Allgemeinen nicht wiederholt.
Ausführungsform 1
1 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements 1 nach Ausführungsform 1. 2 ist eine Querschnittsansicht des Halbleiterbauelements 1 entlang der Linie II-II von 1. Wie in den 1 und 2 dargestellt, weist das Halbleiterbauelement 1 ein Halbleiterelement 10, eine Gate-Elektrode 11, eine Kollektor-Elektrode 21, eine Emitter-Elektrode 31, Bonddrähte 41, 411, 412, 413, 414, 415, 416, 417 und 418, Metallmuster 51, 52 und 53, ein Isoliermaterial 70, eine Grundplatte 80 und eine Steuerung 100 auf.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird Isoliermaterial 70 auf eine Metallgrundplatte 80 geklebt. Metallmuster 51 bis 53 werden auf das Isoliermaterial 70 geklebt. Das Halbleiterelement 10 wird über einen leitfähigen Klebstoff 91 auf das Metallmuster 53 geklebt. Die Metallmuster 51 bis 53 verdoppeln sich jeweils als Verbindungsmuster innerhalb des Halbleiterbauelements 1 und können ein Steuersignal und den Hauptstrom, der dem Schalten des Halbleiterelements 10 zugeordnet ist, an einen Elektrodenanschluss an einem Kantenbereich des Halbleiterelements 10 übertragen.
Das Halbleiterelement 10 ist beispielsweise ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Das Halbleiterelement 10 weist eine Gate-Elektrode 11, die eine Steuerelektrode ist, eine Kollektor-Elektrode 21, die an einen positiven Anschluss angeschlossen ist, und eine Emitter-Elektrode 31 auf, die an einen negativen Anschluss angeschlossen ist. Das Halbleiterelement 10 kann ein beliebiges Halbleiterelement neben einem IGBT oder ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), BJT (Bipolarer Verbindungstransistor), GTO (Gate Turn-Off Thyristor) oder GCT (Gate Commutated Turn-Off Thyristor) sein. Wenn das Halbleiterelement 10 beispielsweise ein MOSFET ist, werden die Drain-Elektrode mit dem positiven Anschluss und die Source-Elektrode mit dem negativen Anschluss verbunden.
Die Kollektor-Elektrode 21 im Halbleiterelement 10 wird mit leitfähigem Klebstoff 91 auf das Metallmuster 53 auf dem Isoliermaterial 70 geklebt. Der leitfähige Klebstoff 91 ist z.B. ein Lot oder gesintertes Silber. Das Metallmuster 53 ist beispielsweise aus Kupfer (Cu) oder Aluminium (Al).
Die Emitter-Elektrode 31 des Halbleiterelements 10, weist einen geraden Leiter 1a als Widerstand und Elektrodenflächen 311, 312 auf. Der gerade Leiter 1a verbindet die Elektrodenflächen 311 und 312. Die Emitter-Elektrode 31 beinhaltet Aluminium, eine Aluminium-Silizium-Legierung (AlSi) oder Gold (Au). Um die Verschlechterung der Emitter-Elektrode 31 durch die Temperaturänderungen im Halbleiterelement 10 zu verhindern, kann weiterhin auf der Emitter-Elektrode 31 durch Plattieren, Abscheiden oder Sputtern ein Metallfilm, wie Nickel (Ni) oder Kupfer gebildet werden. Darüber hinaus können bei der Bildung der Elektrodenflächen 311, 312 auf der Oberfläche des Halbleiterelements 10 während der Herstellung des Halbleiterelements 10 die Elektrodenflächen 311, 312 und der gerade Leiter 1a gleichzeitig durch Abscheidung, Sputtern oder Plattieren unter Verwendung eines Maskenmusters mit einer Struktur gebildet werden, die die Elektrodenflächen 311, 312 und den geraden Leiter 1a beinhaltet. Nach dem Bilden der Elektrodenflächen 311, 312 kann der gerad Leiter unter Verwendung eines metallischen Materials, wie beispielsweise Wolfram (W), gebildet werden, das einen großen Widerstand aufweist und das von dem metallischen Material verschieden ist, aus dem die Elektrodenflächen 311, 312 gebildet werden. Da die Breite des geraden Leiters 1a dem Widerstandswert des Widerstandes entspricht, ist die Breite vorzugsweise kleiner als die Drahtdurchmesser der Bonddrähte 411 bis 418. Ein üblicher Bonddrahtdurchmesser liegt bei etwa 400 µm. So ist es wünschenswert, dass die Breite des geraden Leiters 1a kleiner ist als 400 µm.
Der Bonddraht 41 verbindet das Metallmuster 51 und die Elektrodenfläche 311. Die Bonddrähte 411 bis 414 verbinden die Elektrodenfläche 311 und das Metallmuster 52.
Bonddrähte 415 bis 418 verbinden die Elektrodenfläche 312 und das Metallmuster 52.
Außer einem kleinen Strom zur Steuerung des Gates fließt kein Strom durch das Metallmuster 51 und den Bonddraht 41, so dass die Potentialdifferenz zwischen Bonddraht 41 und Metallmuster 51 nahezu vernachlässigbar ist. Das Potential des Metallmusters 51 ist gleich dem Potential an der Verbindung zwischen dem Bonddraht 41 und der Emitter-Elektrode 31. Mit anderen Worten ist die Potentialdifferenz zwischen den Metallmustern 51 und 52 im Wesentlichen gleich der Potentialdifferenz zwischen der Emitter-Elektrode 31 und dem Metallmuster 52. Die Potentialdifferenz zwischen der Emitter-Elektrode 31 und dem Metallmuster 52 ist der Summenwert der Potentialdifferenz, die durch den Flächenwiderstand der Emitter-Elektrode 31 und der Potentialdifferenz, die durch den kombinierten Widerstand der Bonddrähte 411 bis 418 entsteht. Dementsprechend spiegeln sich Änderungen des Summenwertes des Flächenwiderstands der Emitter-Elektrode 31 und des kombinierten Widerstands der Bonddrähte 411 bis 418 in der Potentialdifferenz zwischen den Metallmustern 51 und 52 wider.
Besteht die Emitter-Elektrode 31 aus einer einzigen Elektrodenfläche und ist der Flächenwiderstand der Elektrodenfläche im Vergleich zum kombinierten Widerstand der Bonddrähte 411 bis 418 vernachlässigbar gering, dann ist die Potentialdifferenz zwischen den Metallmustern 51 und 52 in erster Linie auf den kombinierten Widerstand der Bonddrähte 411 bis 418 zurückzuführen, welche die Emitter-Elektrode 31 und das Metallmuster 52 verbinden. Selbst wenn die Bonddrähte 411 bis 418 sich verschlechtert haben, kann die Verschlechterung schwer zu erkennen sein, wenn die Veränderungen im kombinierten Widerstand der Bonddrähte 411 bis 418 sehr klein sind.
Dazu wird in der Ausführungsform 1 die Emitter-Elektrode 31 in zwei Elektrodenflächen 311, 312 unterteilt, die durch den geraden Leiter 1a miteinander verbunden sind. Wenn ein Teil der Bonddrähte 411 bis 418 von der Emitter-Elektrode 31 gelöst oder abgetrennt wird, wird dann ein Teil des Stroms, der durch den abgelösten oder abgetrennten Bonddraht geflossen ist, durch den geraden Leiter 1a in das Metallmuster 52 über einen anderen Bonddraht geleitet. Der gerade Leiter 1a hat eine nicht vernachlässigbare Widerstandskomponente, verglichen mit dem kombinierten Widerstand der Bonddrähte 411 bis 418. So erhöht der durch den geraden Leiter 1a fließende Strom den Flächenwiderstand der Emitter-Elektrode 31 und erhöht damit die Potentialdifferenz zwischen den Metallmustern 51 und 52. Dadurch nehmen die Veränderungen der Potentialdifferenz zwischen den Metallmustern 51 und 52, die auf die Verschlechterung der Bonddrähte 411 bis 418 zurückzuführen sind, stärker zu als in dem Fall, dass die Emitter-Elektrode 31 aus einer einzigen Elektrodenfläche besteht. Beim Halbleiterbauelement 1 wird das Erkennen von Veränderungen der Potentialdifferenz, die auf die Verschlechterung der Bonddrähte 411 bis 418 zurückzuführen sind, erleichtert. Dadurch kann eine erhöhte Erkennungsgenauigkeit der Verschlechterung des Halbleiterbauelements 1 erreicht werden.
Die Steuerung 100 weist eine Gatesteuerung 101, einen Spannungsdetektor 102, eine Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 und eine Informationsmeldeeinheit 104 auf. Die Gatesteuerung 101 ist mit dem Metallmuster 51 verbunden. Unter Verwendung des Potentials des Metallmusters 51 als Bezugspotential legt die Gatesteuerung 101 eine Gatespannung an die Gate-Elektrode 11 an, um den Hauptstrom (z.B. einige Ampere bis mehrere hundert Ampere) von der Kollektor-Elektrode 21 zur Emitter-Elektrode 31 zu steuern. Die Gatesteuerung 101 stoppt das Halbleiterbauelement 1, entsprechend einem Abschaltsignal der Verschlechterungsbestimmungseinheit 103.
Der Spannungsdetektor 102 wird an die Metallmuster 51 und 52 angeschlossen. Der Spannungsdetektor 102 erkennt eine Potentialdifferenz zwischen den Metallmustern 51 und 52 und gibt ein Signal zur Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 aus, das die Potentialdifferenz anzeigt. Liegt die Potentialdifferenz über einem ersten Schwellenwert, gibt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 an die Informationsmeldeeinheit 104 ein Signal aus, das den Benutzer warnt. Liegt die Potentialdifferenz über einem zweiten Schwellenwert (größer als der erste Schwellenwert), kann die Sicherheit des Halbleiterbauelements 1 nicht gewährleistet werden. Dann schickt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 an die Gatesteuerung 101 ein Abschaltsignal, das anweist, die Ansteuerung des leitenden Halbleiterelements 10 zu stoppen und das Halbleiterbauelement 1 abzuschalten. Liegt die Potentialdifferenz über dem zweiten Schwellenwert, gibt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 zusätzlich an die Informationsmeldeeinheit 104 ein Signal aus, das den Benutzer über die Fehlerinformationen informiert. Basierend auf dem Signal der Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 informiert die Informationsmeldeeinheit 104 den Nutzer über vorgegebene Informationen.
3 ist ein Schaltbild zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Schaltungstruktur des Spannungsdetektors 102 und der Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 in der Steuerung 100 von 1. In 3 ist das Halbleiterelement 10 der 1 durch ein Schaltungs-Symbol für einen IGBT gekennzeichnet, der gerade Leiter 1a und die Bonddrähte 411 bis 418 sind als Widerstände und das Metallmuster 51 als Verbindungspunkte in der Schaltung gekennzeichnet. Das Bezugspotential ist das Potential des Metallmusters 51. Die Verbindungsbeziehung zwischen dem Halbleiterelement 10, der Emitter-Elektrode 31, dem geraden Leiter 1a, den Bonddrähten 411 bis 418 und dem Metallmuster 51 ist die gleiche wie in 1, so dass die Beschreibung nicht wiederholt wird.
Wie in 3 dargestellt, werden der Spannungsdetektor 102 und die Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 aus den negativen Spannungsversorgungen 111, 112, den Komparatoren 113, 114 und einer UND-Schaltung 115 gebildet. Der Komparator 113 hat einen nicht invertierenden Eingangsanschluß, der mit jeweils einem Ende der Bonddrähte 411 bis 418 verbunden ist. Der Komparator 113 hat einen invertierenden Eingangsanschluß, der mit der negativen Spannungsversorgung 112 verbunden ist. Der Komparator 114 hat einen nicht invertierenden Eingangsanschluß, der mit dem einen Ende jedes der Bonddrähte 411 bis 418 verbunden ist. Der Komparator 114 hat einen invertierenden Eingangsanschluß, der mit der negativen Spannungsversorgung 111 verbunden ist. Die Versorgungsspannung der negativen Spannungsversorgung 111 ist größer als die Versorgungsspannung der negativen Spannungsversorgung 112. Der Komparator 113 hat einen Ausgangsanschluß, der mit der Informationsmeldeeinheit 104 verbunden ist, und einen von zwei Eingangsanschlüssen der UND-Schaltung. Der Komparator 114 hat einen Ausgangsanschluß, der mit dem anderen des Eingangsanschlusspaares der UND-Schaltung 115 verbunden ist. Die UND-Schaltung 115 hat einen Ausgangsanschluß, der mit der Informationsmeldeeinheit 104 und der Gatesteuerung 101 verbunden ist.
Wenn sich einige der Bonddrähte 411 bis 418 verschlechtern und von der Emitter-Elektrode 31 gelöst oder getrennt werden, fließt ein Strom durch den geraden Leiter 1a. Infolgedessen steigt die Spannung, die an die Komparatoren 113 und 114 angelegt wird, stärker als vor dem Lösen oder Trennen des Bonddrahtes. Da das Bezugspotential das Source-Potential der Gatesteuerung 101 ist, ist der potenzielle Input zu den Komparatoren 113 und 114 negativ, und das negative Potential wird aus den negativen Versorgungen 112 und 111 geliefert. Die negative Spannungsversorgung 112 gibt eine Spannung entsprechend der ersten Schwelle zum invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 113 aus. Die negative Spannungsversorgung 111 gibt eine Spannung entsprechend dem zweiten Schwellenwert an den invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 114 aus.
Wenn sich einige der Bonddrähte 411 bis 418 verschlechtern und der Spannungseingang zum nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 113 den ersten Schwellenwert erreicht, wechselt das Ausgangssignal des Komparators 113 vom L-Signal zum H-Signal. Nach Erhalt des H-Signals vom Komparator 113 warnt die Informationsmeldeeinheit 104 den Benutzer. Wenn sich die Bonddrähte 411 bis 418 noch mehr verschlechtern und der Spannungseingang zum Komparator 114 den zweiten Schwellenwert erreicht, ändert sich das Ausgangssignal des Komparators 114 vom L-Signal zum H-Signal. Nach Erhalt des H-Signals von jedem der Komparatoren 113 und 114 gibt die UND-Schaltung 115 das H-Signal an die Informationsmeldeeinheit 104 und die Gatesteuerung 101 aus. Nach Erhalt des H-Signals von der UND-Schaltung 115 benachrichtigt die Informationsmeldeeinheit 104 den Benutzer über die Fehlerinformationen. Nach Erhalt eines Abschaltsignals (H-Signal) von der UND-Schaltung 115 schaltet die Gatesteuerung 101 die Stromversorgung des Halbleiterelements 10 zum Stoppen des Halbleiterbauelements 1 ab.
Im Halbleiterbauelement 1 wird das Metallmuster 51 als Bezugspotential zur Steuerung der Spannung und Bestimmung der Verschlechterung der Bonddrähte verwendet, wodurch ein Metallmuster, das der Bestimmung der Verschlechterung der Bonddrähte dient, überflüssig wird. Dadurch kann eine Größenreduzierung des Halbleiterbauelements 1 erreicht werden. Darüber hinaus kann im Halbleiterbauelement 1 eine weitere Größenreduzierung des Halbleiterbauelements 1 erreicht werden, indem die Gatesteuerung 101, der Spannungsdetektor 102, die Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 und die Informationsmeldeeinheit 104 auf einer Steuertafel integriert werden.
Das Halbleiterelement 10 erzeugt bei jedem Schaltvorgang oder Leitungsvorgang Wärme. Folglich werden die Verbindungen zwischen der Emitter-Elektrode 31 und den Bonddrähten 41, 411 bis 418 beim Schaltvorgang des Halbleiterelements 10 wiederholt erwärmt und gekühlt. Die Verbindungen sind einer Wärmebelastung ausgesetzt. Infolgedessen ist es wahrscheinlich, dass Risse an oder in der Nähe der Verbindungen zwischen der Emitter-Elektrode 31 und den Bonddrähten 41, 411 bis 418 entstehen. Wenn sich die Bonddrähte 41, 411 bis 418 weiter verschlechtern, werden sie von der Emitter-Elektrode 31 gelöst, oder die Bonddrähte 41, 411 bis 418 selbst werden getrennt, wodurch das Halbleiterelement 10 ausfällt. Die Wärme wird kaum abgeführt, insbesondere in der Nähe des Mittelbereichs des Halbleiterelements 10. Dadurch steigt die Temperatur in der Nähe des mittleren Bereichs des Halbleiterelements 10 leicht an. Aus diesem Grund verschlechtern sich die Bonddrähte 41, 411 bis 418 oft ab dem mittleren Bereich des Halbleiterelements. Der Bonddraht 41 ist ein wichtiger Bonddraht, der als Referenz dient, nach der die Verschlechterung von Bonddrähte erkannt und das Gate kontrolliert werden. Wenn der Bonddraht 41 von der Emitter-Elektrode 31 gelöst oder getrennt wird, gerät das Halbleiterelement 10 außer Kontrolle. Aus diesem Grund ist der Bonddraht 41 mit der Emitter-Elektrode 31 an einem Randbereich des Halbleiterelements 10 im Halbleiterbauelement 1 verbunden, wobei es unwahrscheinlich ist, dass der Randbereich erwärmt wird.
Obwohl in den 1 und 2 aus Gründen der besseren Erkennbarkeit nicht dargestellt, ist zu beachten, dass Silikongel oder Epoxidharz über die Oberseite des Halbleiterelements 10 und des Isoliermaterials 70 gefüllt ist und beide versiegelt, um die Isolationseigenschaften des Halbleiterelements 10 und der Bonddrähte 41, 411 bis 418 zu schützen und zu gewährleisten.
Die Ausführungsform 1 wurde beschrieben, wobei das Isoliermaterial 70 mit der Grundplatte 80 verbunden wird, wie in 2 dargestellt. Die Struktur des Halbleiterbauelements nach der vorliegenden Erfindung beschränkt sich nicht auf die in 2 dargestellte Struktur und kann eine Struktur (ein DBC-Substrat (Direct Bonded Copper) oder ein DBA-Substrat (Direct Bonded Aluminum)) sein, in der das Isoliermaterial 70 aus Keramik besteht und zwischen dem Metallmuster 53 und einem Metallmuster 54 angeordnet ist, wie beispielsweise das in 4 dargestellte Halbleiterbauelement 1A. Im Halbleiterbauelement 1A ist das Metallmuster 54 über einen leitfähiger Klebstoff 92 mit der Grundplatte 80 verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, kann beim Halbleiterbauelement von Ausführungsform 1 und dessen Abwandlung eine erhöhte Erkennungsgenauigkeit der Verschlechterung des Halbleiterbauelements erreicht werden.
Ausführungsform 2
5 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements 2 gemäß Ausführungsform 2. Die Konfiguration des Halbleiterbauelements 2 beinhaltet einen Bonddraht 42, anstelle des Bonddrahts 41 des Halbleiterbauelements 1 aus 1. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie in 1, so dass die Beschreibungen nicht wiederholt werden.
Aufgrund der wiederholten Belastung beim Erwärmen und Abkühlen des Halbleiterelements 10 werden die mit einer Emitter-Elektrode 31 verbundenen Bonddrähte leicht von der Emitter-Elektrode 31 gelöst oder getrennt, beginnend mit denen in der Nähe des Mittelbereichs des Halbleiterelements 10. Der Bonddraht 42 ist weniger leicht von der Emitter-Elektrode 31 zu lösen oder zu trennen, wenn er an einem Randbereich des Halbleiterelements 10 und nicht am Mittelbereich angeordnet ist, während die Genauigkeit beim Erfassen der Verschlechterung des Halbleiterbauelements 2 erhöht werden kann, wenn der Bonddraht 42 am Mittelbereich des Halbleiterelements 10 und nicht an einem Randbereich angeordnet ist. Im Folgenden wird mit Bezug auf 6 beschrieben, warum eine erhöhte Erkennungsgenauigkeit der Verschlechterung des Halbleiterbauelements erreicht werden kann, wenn der Bonddraht 42 nicht an einem Randbereich, sondern am Mittelbereich des Halbleiterelements 10 angeordnet ist.
6 ist eine Gesamtansicht, die Bonddrähte 414 und 415 zwischen den Bonddrähte 411 und 418 zeigt, die im mittleren Bereich des Halbleiterelements 10 angeordnet sind, und die von der Emitter-Elektrode 31 gelöst oder getrennt sind. Der Strom in der Nähe eines entkoppelten oder nicht verbundenen Bonddrahtes fließt zu einem Bonddraht, der nicht entkoppelt oder nicht getrennt ist. Wenn die Bonddrähte 411 bis 418, ausgehend von denen in der Nähe des mittleren Bereichs des Halbleiterelements 10, gelöst oder getrennt werden, wird der Strompfad vom mittleren Bereich des Halbleiterelements 10 zu einem Bonddraht verlängert, der nicht gelöst oder getrennt ist. Dadurch vergrößert sich der Abstand, durch den der Strom innerhalb der Elektrodenoberfläche fließt, was den Flächenwiderstand der Emitter-Elektrode 31 in einem nicht mehr zu ignorierenden Maße erhöht. Je größer also der Abstand, desto größer ist die Potentialdifferenz zwischen dem Metallmuster 52 und dem Bonddraht 42, der am Mittelbereich des Halbleiterelements 10 angeordnet ist. Mit anderen Worten wird eine erhöhte Potentialdifferenz vom Spannungsdetektor 102 erkannt. Dementsprechend kann eine erhöhte Genauigkeit bei der Erkennung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements 2 besser erreicht werden, wenn der Bonddraht 42 nicht an einem Randbereich, sondern am Mittelbereich des Halbleiterelements 10 angeordnet wird.
Im Halbleiterbauelement 2 wird der Querschnittsdurchmesser des Bonddrahts 42 größer als der Querschnittsdurchmesser der Bonddrähte 411 bis 418, wodurch die Querschnittsfläche des Bonddrahts 42 größer wird als die Querschnittsflächen der Bonddrähte 411 bis 418. Der Bonddraht 42 ist im Vergleich zu den Bonddrähten 411 bis 418 schwer zu verschlechtern (gelöst oder getrennt), hat also eine lange Lebensdauer.
Das Mittel, um den Bonddraht 42 schwerer abtrennbar oder zerstörbar zu machen als die Bonddrähte 411 bis 418, beschränkt sich nicht darauf, die Querschnittsfläche des Bonddrahts 42 größer als die der Bonddrähte 411 bis 418 zu machen. So kann beispielsweise ein Federkontakt 42A, wie in 7 dargestellt, anstelle des Bonddrahts 42 verwendet werden. Der Federkontakt 42A beinhaltet eine Feder S1 als elastischen Körper. Da die Feder S1 ein Ende des Federkontakts 42A gegen die Elektrodenfläche 311 vorspannt, kann der Federkontakt 42A daran gehindert werden, sich von der Elektrodenfläche 311 zu lösen oder zu trennen.
Wie vorstehend beschrieben, kann mit dem Halbleiterbauelement von Ausführungsform 2 und dessen Abwandlung eine erhöhte Erkennungsgenauigkeit der Verschlechterung des Halbleiterbauelements erreicht werden. Darüber hinaus kann das Halbleiterbauelement nach Ausführungsform 2 und deren Abwandlung die Erkennungsgenauigkeit der Verschlechterung des Halbleiterbauelements im Vergleich zur Ausführungsform 1 weiter erhöhen.
Ausführungsform 3
Die Ausführungsformen 1 und 2 wurden mit Bezug auf eine Emitter-Elektrode mit zwei Elektrodenflächen beschrieben. Die Ausführungsform 3 wird mit Bezug auf eine Emitter-Elektrode mit drei oder mehr Elektrodenflächen beschrieben.
8 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements 3 gemäß Ausführungsform 3. Die in 8 dargestellten Konfigurationen des Halbleiterbauelements 3 beinhalten eine Emitter-Elektrode 32, anstelle der im Halbleiterbauelement 1 von 1 enthaltenen Emitter-Elektrode 31, eine Gate-Elektrode 13, anstelle der Gate-Elektrode 11, und Bonddrähte 43, 421, 422, 423, 424, 425, 426, 427 und 428, anstelle der Bonddrähte 41, 411 bis 418. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie in 1, so dass die Beschreibungen nicht wiederholt werden.
Wie in 8 dargestellt, weist die Emitter-Elektrode 32 Elektrodenflächen 321, 322 und 323 auf. Die Elektrodenflächen 321 und 322 sind durch einen geraden Leiter 2a verbunden. Die Elektrodenflächen 322 und 323 sind durch einen geraden Leiter 2b verbunden.
Der Bonddraht 43 verbindet ein Metallmuster 51 und die Elektrodenfläche 322. Die Bonddrähte 421 bis 423 verbinden die Elektrodenfläche 321 und ein Metallmuster 52. Die Bonddrähte 421 bis 423 sind jeweils an zwei Stellen mit der Elektrodenfläche 321 verbunden. Mit anderen Worten, die Bonddrähte 421 bis 423 werden jeweils auf die Elektrodenfläche 321 geheftet. Die Bonddrähte 424, 425 verbinden die Elektrodenfläche 322 und das Metallmuster 52. Die Bonddrähte 424, 425 sind jeweils auf die Elektrodenfläche 322 geheftet. Die Bonddrähte 426 bis 428 verbinden die Elektrodenfläche 323 und das Metallmuster 52. Die Bonddrähte 426 bis 428 sind jeweils auf die Elektrodenfläche 323 geheftet.
Die Elektrodenfläche 322 hat eine L-Form mit einem Bereich, der sich in Y-Achsenrichtung und einem Bereich, der sich in X-Achsenrichtung erstreckt. Der in Y-Achsrichtung verlaufende Bereich der Elektrodenfläche 322 ist zwischen den Elektrodenflächen 321 und 323 (der mittlere Bereich des Halbleiterelements 10) in X-Achsrichtung angeordnet. Der in X-Achsenrichtung verlaufende Bereich der Elektrodenfläche 322 erstreckt sich vom mittleren Bereich des Halbleiterelements 10 bis zu einem Kantenbereich. Die Elektrodenfläche 322 ist am Randbereich mit dem Bonddraht 43 verbunden. Der in Y-Achsrichtung verlaufende Bereich der Elektrodenfläche 322 (der mittlere Bereich des Halbleiterelements 10) ist mit den Bonddrähten 424, 425 verbunden.
Da der Bonddraht 43 und die Elektrodenfläche 321 über den geraden Leiter 2a verbunden sind, sind die elektrischen Abstände zwischen dem Bonddraht 43 und den Bonddrähten 421, 422, 423 größer als die elektrischen Abstände zwischen dem Bonddraht 43 und den Bonddrähten 424, 425. Da der Bonddraht 43 und die Elektrodenfläche 323 über den geraden Leiter 2b verbunden sind, sind die elektrischen Abstände zwischen dem Bonddraht 43 und den Bonddrähten 426 bis 428 größer als die elektrischen Abstände zwischen dem Bonddraht 43 und den Bonddrähten 424, 425. Wenn ein Bonddraht 421 bis 428 gelöst oder getrennt wird, erhöht sich dementsprechend, beginnend bei den Bonddrähten 424, 425, die im mittleren Bereich des Halbleiterelements 10 angeordnet sind, der elektrische Abstand des Bonddrahts 43 zu einem Bonddraht, der nicht entkoppelt oder getrennt ist. Dadurch kann die Erkennungsgenauigkeit der Verschlechterung des Halbleiterbauelements 3 weiter erhöht werden. Da der Bonddraht 43 mit einem Kantenbereich des Halbleiterelements 10 verbunden ist, kann eine Verschlechterung des Bonddrahts 43 zudem verhindert werden. Mit anderen Worten, beim Halbleiterbauelement 3 kann die Erkennungsgenauigkeit der Verschlechterung des Halbleiterbauelements 3 weiter erhöht werden, während gleichzeitig einer Verschlechterung des Bonddrahts 43 vorgebeugt wird.
9 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements 3A gemäß einer Abwandlung 1 der Ausführungsform 3. Die in 9 dargestellten Konfigurationen des Halbleiterbauelements 3A beinhalten eine Emitter-Elektrode 33 anstelle der im Halbleiterbauelement 1 der 1 enthaltenen Emitter-Elektrode 31 und Bonddrähte 43A, 431, 432, 433, 434, 435, 436, 437 und 438 anstelle der Bonddrähte 41, 411 bis 418. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie in 1, so dass die Beschreibungen nicht wiederholt werden.
Wie in 9 dargestellt, weist die Emitter-Elektrode 33A Elektrodenflächen 331, 332, 333, 334, 335, 336, 337 und 338 sowie Leiter 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f und 3g auf. Die Elektrodenflächen 331 bis 338 sind jeweils rechteckige Elektrodenflächen, die sich in Y-Achsrichtung erstreckt und in X-Achsrichtung im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet ausgerichtet sind. In der Draufsicht auf das Halbleiterbauelement 3A aus Z-Achsrichtung sind die Elektrodenflächen 331 bis 338 regelmäßig (im kontinuierlichen Muster) angeordnet.
Die Elektrodenflächen 331 und 332 sind über den geraden Leiter 3a verbunden. Die Elektrodenflächen 332 und 333 sind über den geraden Leiter 3b verbunden. Die Elektrodenflächen 333 und 334 sind über den geraden Leiter 3c verbunden. Die Elektrodenflächen 334 und 335 sind über den geraden Leiter 3d verbunden. Die Elektrodenflächen 335 und 336 sind über den geraden Leiter 3e verbunden. Die Elektrodenflächen 336 und 337 sind über den geraden Leiter 3f verbunden. Die Elektrodenflächen 337 und 338 sind über den geraden Leiter 3g verbunden.
Die Elektrodenfläche 331 ist über den Bonddraht 43A mit einem Metallmuster 51 verbunden. Elektrodenflächen 331 bis 338 und das Metallmuster 52 sind über die Bonddrähte 431 bis 438 verbunden.
Wenn sich die Bonddrähte 431 bis 438, beginnend mit denen am mittleren Teil des Halbleiterelementes 10, verschlechtern, erhöht sich eine vom Spannungsdetektor 102 erfasste Potentialdifferenz, wenn die Bonddrähte 431 bis 438 getrennt werden oder die Bonddrähte 431 bis 438 von den Elektrodenflächen 331 bis 338 gelöst werden. Dadurch kann beim Halbleiterbauelement 3A die Anzahl der gelösten oder abgetrennten Bonddrähte 431 bis 438 mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Obwohl in 9 nicht dargestellt, ist an einem Bereich des Außenumfangs des Halbleiterelements 10 ein Schutzring vorgesehen, an dem die Emitter-Elektrode 33 nicht vorgesehen ist. Darüber hinaus sind Routing-Leitungen für die Gate-Verbindung in den äußeren Umfang eingebettet. Darüber hinaus können Routingleitungen für die Gate-Verbindung zwischen den Elektrodenflächen 331 bis 338 eingebettet werden. Dadurch kommt es zu Variationen in der Verzögerung eines Gatesignals innerhalb des Halbleiterelements 10, wenn das Anordnungsmuster der in der Emitter-Elektrode 33 enthaltenen mehreren Elektrodenflächen kompliziert ist. Dadurch kann z.B. das Halbleiterelement 10 schwingen oder Temperaturunterschiede können auftreten.
Durch das Entfernen des geraden Leiters 3d in der unteren Mitte der Emitter-Elektrode 33 von 9, wie beim Halbleiterbauelement 3B in 10, geht also ein Gatesignaleingang von einer Gate-Elektrode 11 zwischen den Elektrodenflächen 334 und 335 neben dem Außenumfang des Halbleiterelements hindurch. Dadurch kann der Variationseffekt der Verzögerung des Gatesignals unterdrückt werden.
11 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements 3C gemäß Abwandlung 3 der Ausführungsform 3. Die in 11 dargestellten Konfigurationen des Halbleiterbauelements 3C beinhalten eine Emitter-Elektrode 33C anstelle der Emitter-Elektrode 31 des Halbleiterbauelements 1 in 1 und Bonddrähte 43C, 441, 442, 443, 444, 445, 446, 447 und 448 anstelle der Bonddrähte 41, 411 bis 418. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie in 1, so dass die Beschreibungen nicht wiederholt werden.
Die Emitter-Elektrode 33C beinhaltet Elektrodenflächen 341 bis 356, und gerade Leiter 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 4i, 4j, 4j, und 4k, 4m, 4n, 4p, 4q. Die Elektrodenflächen 341 bis 356 sind jeweils rechteckige Elektrodenflächen, die sich in Y-Achsrichtung erstrecken. Die Elektrodenflächen 341, 344, 345, 348, 349, 352, 353, 356 sind in X-Achsrichtung ausgerichtet und im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet. Die Elektrodenflächen 342, 343, 346, 347, 350, 351, 354, 355 sind in X-Achsenrichtung ausgerichtet, im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet, und mit Elektrodenflächen 341, 344, 345, 348, 349, 352, 353, 356 in Y-Achsenrichtung ausgerichtet.
Die Elektrodenfläche 341 ist über den geraden Leiter 4a mit der Elektrodenfläche 342 verbunden. Die Elektrodenfläche 342 ist mit der Elektrodenfläche 343 über den geraden Leiter 4b verbunden. Die Elektrodenfläche 343 ist mit der Elektrodenfläche 344 über den geraden Leiter 4c verbunden. Die Elektrodenfläche 344 ist mit der Elektrodenfläche 345 über den geraden Leiter 4d verbunden. Die Elektrodenfläche 345 ist mit der Elektrodenfläche 346 über den geraden Leiter 4e verbunden. Die Elektrodenfläche 346 ist mit der Elektrodenfläche 347 über den geraden Leiter 4f verbunden. Die Elektrodenfläche 347 ist mit der der Elektrodenfläche 348 über den geraden Leiter 4g verbunden. Die Elektrodenfläche 348 ist mit der Elektrodenfläche 349 über den geraden Leiter 4h verbunden. Die Elektrodenfläche 349 ist mit der Elektrodenfläche 350 über den geraden Leiter 4i verbunden. Die Elektrodenfläche 350 ist über den geraden Leiter 4j mit der Elektrodenfläche 351 verbunden. Die Elektrodenfläche 351 ist mit der Elektrodenfläche 352 über den geraden Leiter 4k verbunden. Die Elektrodenfläche 352 ist mit der Elektrodenfläche 353 über den geraden Leiter 4m verbunden. Die Elektrodenfläche 353 ist über den geraden Leiter 4n mit der Elektrodenfläche 354 verbunden. Die Elektrodenfläche 354 ist mit der Elektrodenfläche 355 über den geraden Leiter 4p verbunden. Die Elektrodenfläche 355 ist mit der Elektrodenfläche 356 durch gerader Leiter 4q verbunden.
Der Bonddraht 43C verbindet das Metallmuster 51 und die Elektrodenfläche 348. Die Bonddrähte 441 bis 448 verbinden jeweils die Elektrodenflächen 341, 344, 345, 348, 349, 352, 353, 356 und das Metallmuster 52. Die Bonddrähte 441, 442, 443, 444, 445, 446, 447 und 448 verbinden das Metallmuster 52 und die Elektrodenflächen 342, 343, 346, 347, 350, 351, 354 und 355. Die Bonddrähte 441 bis 448 sind jeweils auf die Elektrodenflächen 342, 343, 346, 347, 350, 351, 354 und 355 geheftet.
Wenn die Bonddrähte 441 bis 448 von den Elektrodenflächen 341 bis 356 getrennt oder gelöst werden, wird eine erhöhte Potentialdifferenz vom Spannungsdetektor 102 erkannt. Dadurch kann beim Halbleiterbauelement 3C die Anzahl der freigelegten oder abgelösten Bonddrähte 441 bis 448 mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann beim Halbleiterbauelement von Ausführungsform 3 und den Abwandlungen 1 bis 3 davon eine erhöhte Genauigkeit bei der Erkennung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements erreicht werden.
Ausführungsform 4
Die Ausführungsformen 1 bis 3 wurden mit Bezug auf die Nutzung der Potentialdifferenz zwischen zwei Metallmustern zur Erkennung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements beschrieben. Die Ausführungsform 4 wird mit Bezug auf das Erkennen der Verschlechterung eines Halbleiterbauelements unter Verwendung eines aktuellen Wertes des Stromflusses durch das Metallmuster zusätzlich zur Potentialdifferenz beschrieben.
12 ist eine Gesamtansicht eines Halbleiterbauelements 4 gemäß Ausführungsform 4. Die in 12 dargestellte Konfiguration des Halbleiterbauelements 4 weist eine Verschlechterungsbestimmungseinheit 403 anstelle der Verschlechterungsbestimmungseinheit 103 aus 1 und zusätzlich einen Stromdetektor 405, einen Stromsensor 406 und einen Bonddraht 44 sowie die Konfigurationen des Halbleiterbauelements 1 aus 1 auf. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie in 1, so dass die Beschreibungen nicht wiederholt werden.
Wie bei der Ausführungsform 1 beschrieben, wird, wenn einige der Bonddrähte 411 bis 418 gelöst oder getrennt werden, ein Teil des Stroms, der durch die Bonddrähte 411 bis 418 geflossen ist, dann über andere Bonddrähte durch den geraden Leiter 1a in die Metallmuster 52 geleitet.
Wie in 12 dargestellt, sind im Halbleiterbauelement 4, die Emitter-Elektrode 312 und das Metallmuster 51 durch den Bonddraht 44 verbunden. Der Stromanteil, der in das Metallmuster 52 geflossen ist, fließt dann über den Bonddraht 41 oder 44 in das Metallmuster 51. Der Stromsensor 406 erfasst den Stromwertfluss im Metallmuster 51.
Der Stromsensor 406 gibt den erfassten Stromwert an den Stromdetektor 405 aus. Der Stromdetektor 405 gibt ein Signal an die Verschlechterungsbestimmungseinheit 403 aus, das den Stromwert des Stromsensors 406 anzeigt.
Die Verschlechterungsbestimmungseinheit 403 gibt an die Informationsmeldeeinheit 104 ein Signal aus, das den Benutzer warnt, wenn der aktuelle Wert über einem dritten Schwellenwert liegt. Liegt der Stromwert über einem vierten Schwellenwert (größer als der dritte Schwellenwert), kann die Sicherheit des Halbleiterbauelements 4 nicht gewährleistet werden. So gibt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 403 an die Gatesteuerung 101 ein Abschaltsignal aus, das anweist, die Erregung des Halbleiterelements 10 zum Stoppen des Halbleiterbauelements 4 abzuschalten. Liegt die Potentialdifferenz über dem vierten Schwellenwert, gibt die Verschlechterungsbestimmungseinheit 403 ebenfalls ein Signal an die Informationsmeldeeinheit 104 aus, das den Benutzer über die Fehlerinformation informiert. Basierend auf dem Signal der Verschlechterungsbestimmungseinheit 403 informiert die Informationsmeldeeinheit 104 den Nutzer über vorgegebene Informationen.
Wie vorstehend beschrieben, kann mit dem Halbleiterbauelement der Ausführungsform 4 eine erhöhte Genauigkeit bei der Erkennung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements erreicht werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können zusammengefasst und gegebenenfalls in einem einheitlichen Rahmen umgesetzt werden. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollten in allen Aspekten nur als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet werden.
Bezugszeichenliste

1 bis 4, 1A, 3A - 3C 1a, 2a, 2b, 3a - 3g, 4a - 4k,: Halbleiterbauelement
4m, 4n, 4p, 4q: gerader Leiter
10: Halbleiterelement
11, 13: Gate-Elektrode
21: Kollektor-Elektrode
31 - 33, 33A, 33C: Emitter-Elektrode
41 bis 44, 43A, 43C, 411 - 418, 421 bis 428, 431 bis 438, 441 - 448: Bonddraht
42A: Federkontakt
51 - 54: Metallmuster
70: Isoliermaterial
80: Grundplatte
91, 92: leitfähiger Klebstoff
100, 400: Steuerung
101: Gatesteuerung
102: Spannungsdetektor
103, 403: Verschlechterungsbestimmungseinheit
104: Informationsmeldeeinheit
111, 112: negative Versorgung
113, 114: Komparator
115: UND-Schaltung
311, 312, 321 - 323, 331 bis 338, 341 - 356: Elektrodenfläche
405: Stromdetektor
406: Stromsensor
S1: Feder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201093289 A [0003, 0007, 0008]
JP 2010093289 A [0004, 0006]

Claims

Halbleiterbauelement mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einer Steuerelektrode, wobei das Halbleiterbauelement Folgendes aufweist: eine Steuerung, die konfiguriert ist, um eine Spannung an die Steuerelektrode anzulegen, um den Stromfluss von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode zu steuern; ein erstes Metallmuster und ein zweites Metallmuster, die mit der Steuerung verbunden sind; einen Verbinder, der das erste Metallmuster und die zweite Elektrode verbindet; und eine Vielzahl von Bonddrähten, die das zweite Metallmuster und die zweite Elektrode verbinden, wobei die zweite Elektrode Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Elektrodenflächen, einschließlich einer ersten Elektrodenfläche und einer zweiten Elektrodenfläche; und einen Widerstand, der zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche angeordnet ist, wobei die Vielzahl von Bonddrähten Folgendes aufweisen: einen ersten Bonddraht, der die erste Elektrodenfläche und das zweite Metallmuster verbindet; und einen zweiten Bonddraht, der die zweite Elektrodenfläche und das zweite Metallmuster verbindet, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Verschlechterung des Halbleiterbauelements zu erfassen, wenn eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Metallmuster und dem zweiten Metallmuster über einem ersten Schwellenwert liegt.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei der Widerstand eine lineare Elektrode beinhaltet.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Spannung an die Steuerelektrode anzulegen, wobei ein Potential des ersten Metallmusters als Bezugspotenzial verwendet wird.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von Elektrodenflächen in Draufsicht aus einer normalen Richtung auf der Oberfläche regelmäßig angeordnet sind, auf der die zweite Elektrode angeordnet ist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vielzahl von Elektrodenflächen jeweils mit dem zweiten Metallmuster durch die Vielzahl von Bonddrähten verbunden sind.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verbinder einen dritten Bonddraht beinhaltet, der das erste Metallmuster und die zweite Elektrode verbindet, und wobei der dritte Bonddraht eine größere Querschnittsfläche aufweist als die Vielzahl von Bonddrähten.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verbinder einen elastischen Körper aufweist, der konfiguriert ist, um auf ein Ende des Verbinders eine Vorspannung gegen die erste Elektrodenfläche auszuüben.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verbinder Folgendes aufweist: einen dritten Bonddraht, der die erste Elektrodenfläche und das erste Metallmuster verbindet; und einen vierten Bonddraht, der die zweite Elektrodenfläche und das erste Metallmuster verbindet, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um die Verschlechterung des Halbleiterbauelements zu erfassen, wenn der Wert eines Stromflusses durch das erste Metallmuster über einem dritten Schwellenwert liegt.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um eine Benachrichtigung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements auszugeben, wenn die Potentialdifferenz über dem ersten Schwellenwert liegt; und das Halbleiterbauelements zu stoppen wenn die Potentialdifferenz über einem zweiten Schwellenwert liegt, der größer ist als der erste Schwellenwert.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um eine Benachrichtigung der Verschlechterung des Halbleiterbauelements auszugeben, wenn der aktuelle Wert über dem dritten Schwellenwert liegt; und das Halbleiterbauelement zu stoppen wenn der Stromwert über einem vierten Schwellenwert liegt, der größer ist als der dritte Schwellenwert.