DE112020006282T5 - Halbleitermodul - Google Patents

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Atsushi Nochida
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Rohm Co Ltd
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Abstract

Das Halbleitermodul weist ein erstes Bauteil mit einem IGBT und ein zweites Bauteil mit einer Refluxdiode auf, die antiparallel zu dem IGBT geschaltet ist, die eine Vorwärts-Schwellenspannung aufweist, die geringer ist als eine Rückwärts-Stehspannung des IGBT, und die eine Vorwärts-Durchbruchsspannung aufweist, die größer ist als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitermodul, das einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und eine Refluxdiode enthält.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Patentliteratur 1 offenbart ein Halbleitermodul mit einem IGBT und einer Refluxdiode, die antiparallel zu dem IGBT geschaltet ist.
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
  • Patentliteratur 1: WO Nr. 2011/086705A1
  • Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Patentliteratur 1 offenbart keine Technologie zur Verbesserung des Rückwärts-Stoßwiderstands eines Halbleitermoduls. Bei einem IGBT, der sich im ausgeschalteten Zustand befindet und bei dem ein Rückwärts-Stoßstrom zwischen einem Emitter und einem Kollektor des IGBT angelegt wird, umgeht der Rückwärts-Stoßstrom den IGBT und fließt als Vorwärts-Stoßstrom in eine Refluxdiode. Eine Vorwärtsspannung der Refluxdiode steigt mit dem Anstieg des Vorwärts-Stoßstroms. Wenn die Vorwärtsspannung eine Vorwärts-Durchbruchsspannung überschreitet, bricht die Refluxdiode zusammen. Daher wird der Rückwärts-Stoßwiderstand des Halbleitermoduls durch die Vorwärts-Durchbruchsspannung der Refluxdiode begrenzt.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleitermodul bereit, das einen IGBT und eine Refluxdiode enthält und in der Lage ist, den Rückwärts-Stoßwiderstand zu erhöhen.
  • Lösung des Problems
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleitermodul bereit, das ein erstes Bauteil mit einem IGBT und ein zweites Bauteil mit einer Refluxdiode enthält, die antiparallel mit dem IGBT verbunden bzw. geschaltet ist, die eine Vorwärts-Schwellenspannung aufweist, die geringer ist als eine Rückwärts-Stehspannung des IGBT, und die eine Vorwärts-Durchbruchsspannung aufweist, die größer ist als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT.
  • Die vorgenannten sowie weitere Gegenstände, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich gemacht.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • [2] 2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Halbleitermoduls, betrachtet aus einer anderen Richtung.
    • [3] 3 ist eine Draufsicht, die eine innere Struktur des in 1 dargestellten Halbleitermoduls zeigt.
    • [4A] 4A ist eine Draufsicht, die ein erstes in 3 dargestelltes Bauteil zeigt.
    • [4B] 4B ist eine Schnittansicht entlang der in 4A dargestellten Linie IV-IV.
    • [5A] 5A ist eine Draufsicht, die ein zweites in 3 dargestelltes Bauteil zeigt.
    • [5B] 5B ist eine Schnittansicht entlang der in 5A dargestellten Linie V-V.
    • [6] 6 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Struktur des in 1 dargestellten Halbleitermoduls zeigt.
    • [7] 7 ist ein Diagramm, das die Strom-Spannungs-Charakteristiken des in 3 dargestellten ersten Bauteils und des zweiten Bauteils zeigt.
    • [8] 8 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb des in 1 dargestellten Halbleitermoduls beschreibt.
    • [9A] 9A ist ein Schaltplan, der den Betrieb des Halbleitermoduls in einem ersten in 8 dargestellten Betriebsbereich beschreibt.
    • [9B] 9B ist ein Schaltplan, der den Betrieb des Halbleitermoduls in einem zweiten, in 8 dargestellten Betriebsbereich beschreibt.
    • [10] 10 ist ein Diagramm, das einen Spitzenstoß-Vorwärtsstrom des in 1 dargestellten Halbleitermoduls zeigt.
    • [11] 11 ist eine Zeichnung, die ein Halbleitermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • [12] 12 ist eine Draufsicht, die eine innere Struktur eines ersten Moduls in 11 zeigt.
    • [13] 13 ist eine Draufsicht, die eine innere Struktur eines zweiten Moduls in 11 zeigt.
    • [14] 14 ist eine Schnittansicht, die ein erstes Bauteil gemäß einem ersten Beispiel zeigt.
    • [15] 15 ist eine Schnittdarstellung, die ein erstes Bauteil eines zweiten Beispiels zeigt.
    • [16] 16 ist eine Schnittdarstellung, die ein zweites Bauteil gemäß einem Beispiel zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Halbleitermodul 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Halbleitermoduls 1, die aus einer anderen Richtung betrachtet wird. 3 ist eine Draufsicht, die eine innere Struktur des Halbleitermoduls 1 in 1 zeigt. 4A ist eine Draufsicht, die ein erstes Bauteil 21 in 3 zeigt. 4B ist eine Schnittansicht entlang der in 4A gezeigten Linie IV-IV. 5A ist eine Draufsicht, die ein zweites Bauteil 31 in 3 zeigt. 5B ist eine Schnittansicht entlang der in 5A dargestellten Linie V-V. 6 ist ein Schaltplan, der eine elektrische Struktur des Halbleitermoduls 1 in 1 zeigt.
  • Bei dieser unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform besteht das Halbleitermodul 1 aus einem Gehäusemodul, in dem ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) und eine Refluxdiode in einem Gehäuse untergebracht sind. Die Refluxdiode wird auch als Freilaufdiode bezeichnet.
  • Bei dieser Ausführungsform besteht das Halbleitermodul 1 aus einem TO-Gehäuse mit drei Terminals (insbesondere in einem TO-247-Gehäuse). Das Halbleitermodul 1 weist einen Gehäuse-Hauptkörper 2 auf. Der Gehäuse-Hauptkörper 2 ist aus einem Gießharz (z. B. Epoxidharz) hergestellt und ist in einer Rechteck-Parallelepiped-Form ausgebildet. Der Gehäuse-Hauptkörper 2 hat eine erste Hauptfläche 3 an einer Seite, eine zweite Hauptfläche 4 an einer anderen Seite und erste bis vierte Seitenwände 5A bis 5D, die die erste Hauptfläche 3 und die zweite Hauptfläche 4 verbinden. Die erste Hauptfläche 3 und die zweite Hauptfläche 4 sind in einer Draufsicht aus einer Normalenrichtung Z betrachtet viereckig (insbesondere rechteckig) ausgebildet.
  • Die erste Seitenwand 5A und die zweite Seitenwand 5B erstrecken sich entlang einer ersten Richtung X entlang der ersten Hauptfläche 3 und weisen in eine zweite Richtung Y, die orthogonal zur ersten Richtung X verläuft. Die erste Seitenwand 5A und die zweite Seitenwand 5B bilden kurze Seiten des Gehäuse-Hauptkörpers 2. Die dritte Seitenwand 5C und die vierte Seitenwand 5D erstrecken sich entlang der zweiten Richtung Y und weisen in die erste Richtung X. Die dritte Seitenwand 5C und die vierte Seitenwand 5D bilden lange Seiten des Gehäuse-Hauptkörpers 2.
  • Das Halbleitermodul 1 weist eine Metallplatte 6 auf, die innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 2 angeordnet ist. Die Metallplatte 6 weist mindestens eines von Kupfer, einer Kupferbasislegierung, Eisen und einer Eisenbasislegierung auf. Die Metallplatte 6 hat eine erste Plattenfläche 7 an einer Seite, eine zweite Plattenfläche 8 an einer anderen Seite und erste bis vierte Plattenseitenwände 9A bis 9D, die die erste Plattenfläche 7 und die zweite Plattenfläche 8 verbinden.
  • Die erste Plattenfläche 7 und die zweite Plattenfläche 8 sind in der Draufsicht viereckig (insbesondere rechteckig) ausgebildet. Die erste Plattenfläche 7 befindet sich innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 2 und ist der ersten Hauptfläche 3 zugewandt. Die zweite Plattenfläche 8 liegt von der zweiten Hauptfläche 4 des Gehäuse-Hauptkörpers 2 aus frei. Dabei fungiert die Metallplatte 6 als Wärmespreizer. Die erste bis vierte Plattenseitenwand 9A bis 9D befinden sich innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 2 und erstrecken sich jeweils parallel zu den ersten bis vierten Seitenwänden 5A bis 5D.
  • Die Metallplatte 6 weist einen ersten Bereich 10 auf der Seite der ersten Seitenwand 5A und einen zweiten Bereich 11 auf der Seite der zweiten Seitenwand 5B auf. Der erste Bereich 10 ist ein Pad-Bereich. Der zweite Bereich 11 weist ein erstes Durchgangsloch 12 auf, das von der ersten Plattenfläche 7 aus durch die zweite Plattenfläche 8 führt. Das erste Durchgangsloch 12 ist in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet. Eine flache Form des ersten Durchgangslochs 12 ist beliebig und kann in einer polygonalen Form, wie z.B. einer viereckigen Form, ausgebildet sein.
  • Das Halbleitermodul 1 weist eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform drei) von Anschlussterminals 13 („lead terminals 13“) auf. Die Vielzahl von Anschlussterminals 13 ist an der ersten Seitenwand 5A des Gehäuse-Hauptkörpers 2 angeordnet und aus dem Inneren des Gehäuse-Hauptkörpers 2 nach außen geführt. Die Vielzahl der Anschlussterminals 13 sind Montage-Terminals für ein Schaltungssubstrat eines PCB (printed circuit board) usw.
  • Die Vielzahl von Anschlussterminals 13 weisen jeweils mindestens eines der folgenden Materialien auf: Kupfer, eine Legierung auf Kupferbasis, Eisen und eine Legierung auf Eisenbasis. Auf einer äußeren Fläche jedes der Vielzahl von Anschlussterminals 13 kann ein Plattierungsfilm aus einem Metall mit einer hohen Affinität (d.h. Bindungskraft) für Lötmittel gebildet werden. Der Plattierungsfilm kann zumindest einen Ni-Plattierungsfilm, einen Pd-Plattierungsfilm oder einen Au-Plattierungsfilm aufweisen.
  • Die Vielzahl von Anschlussterminals 13 sind jeweils in einer Bandform ausgebildet, die sich in einer orthogonalen Richtung zu der ersten Seitenwand 5A (d.h. in der zweiten Richtung Y) erstreckt. Die Vielzahl von Anschlussterminals 13 haben jeweils eine Plattenfläche, die parallel zur ersten Hauptfläche 3 (zweiten Hauptfläche 4) des Gehäuse-Hauptkörpers 2 verläuft. Die Vielzahl der Anschlussterminals 13 weisen jeweils einen internen Endabschnitt 14, einen externen Endabschnitt 15 und einen Anschlussabschnitt 16 auf. Der interne Endabschnitt 14 befindet sich innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 2. Der externe Endabschnitt 15 befindet sich außerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 2. Der Anschlussabschnitt 16 ist vom Inneren des Gehäuse-Hauptkörpers 2 zum Äußeren des Gehäuse-Hauptkörpers 2 geführt und erstreckt sich in einer Bandform zwischen dem internen Endabschnitt 14 und dem externen Endabschnitt 15.
  • Insbesondere weist die Vielzahl von Anschlussterminals 13 ein Gate-Anschlussterminal 17, ein Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminal 18 und ein Emitter-/Anoden-Anschlussterminal 19 auf. Das Gate-Anschlussterminal 17, das Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminal 18 und das Emitter-/Anoden-Anschlussterminal 19 sind in dieser Reihenfolge von der Seite der dritten Seitenwand 5C zur Seite der vierten Seitenwand 5D angeordnet. Das Gate-Anschlussterminal 17 ist ein Terminal, an das ein Gate-Potential angelegt wird. Das Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminal 18 ist ein Terminal, an das ein Kollektorpotenzial (Kathodenpotenzial) angelegt wird. Das Emitter-/Anoden-Anschlussterminal 19 ist ein Terminal, an das ein Emitterpotenzial (Anodenpotenzial) angelegt wird.
  • Der interne Endabschnitt 14 des Gate-Anschlussterminals 17 und der interne Endabschnitt 14 des Emitter-/Anoden-Anschlussterminals 19 sind in Abständen von der Metallplatte 6 angeordnet. Der interne Endabschnitt 14 des Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminals 18 ist einstückig mit der Metallplatte 6 ausgebildet und fixiert die Metallplatte 6 auf demselben Potential. Dadurch bildet die Metallplatte 6 einen Teil des Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminals 18.
  • Form und Anordnung der Vielzahl von Anschlussterminals 13 sind beliebig und nicht auf die in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Ferner sind die Anordnungen des Gate-Anschlussterminals 17, des Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminals 18 und des Emitter-/Anoden-Anschlussterminals 19 willkürlich und nicht auf die in 1 bis 3 gezeigten Anordnungen beschränkt. Ferner kann der interne Endabschnitt 14 des Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminals 18 in einem Abstand von der Metallplatte 6 angeordnet sein.
  • Unter Bezugnahme auf 3 bis 6 weist das Halbleitermodul 1 ein chipartiges erstes Bauteil 21 mit dem IGBT auf. Das erste Bauteil 21 ist auf der Metallplatte 6 (erste Plattenfläche 7 des ersten Bereichs 10) innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 2 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist das erste Bauteil 21 in einem Bereich auf der Seite der dritten Plattenseitenwand 9C (dritte Seitenwand 5C) in der ersten Plattenfläche 7 angeordnet.
  • Unter Bezugnahme auf 4A und 4B weist das erste Bauteil 21 insbesondere einen ersten Halbleiterchip 22, einen ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23, eine Gate-Terminalelektrode 24, eine Emitter-Terminalelektrode 25 und eine Kollektor-Terminalelektrode 26 auf. Bei dieser Ausführungsform besteht der erste Halbleiterchip 22 aus Si (Silizium). Das heißt, der IGBT besteht aus einem Si-IGBT.
  • Der erste Halbleiterchip 22 weist eine erste Bauteilfläche 27 und eine erste Nicht-Bauteilfläche 28 auf. Die erste Bauteilfläche 27 ist eine Fläche, in der ein größerer Abschnitt des IGBTs ausgebildet ist. Die erste Nicht-Bauteilfläche 28 ist eine Fläche auf der der ersten Bauteilfläche 27 entgegengesetzten Seite. Der IGBT kann ein Graben-Gate-Typ sein, der eine Graben-Gate-Struktur aufweist, die in der ersten Bauteilfläche 27 ausgebildet ist. Der IGBT kann ein flacher Gate-Typ sein, der eine auf der ersten Bauteilfläche 27 ausgebildete flache Gate-Struktur aufweist.
  • Der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 23 deckt die erste Bauteilfläche 27 ab. Der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 23 kann zumindest eines von Siliziumoxid und Siliziumnitrid aufweisen. Die Gate-Terminalelektrode 24 ist auf dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 ausgebildet. Die Gate-Terminalelektrode 24 geht durch die erste isolierende Zwischenschicht 23 hindurch und ist elektrisch mit einem Gate des IGBTs verbunden.
  • Die Emitter-Terminalelektrode 25 ist auf dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 in einem Abstand von der Gate-Terminalelektrode 24 ausgebildet. Die Emitter-Terminalelektrode 25 geht durch den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 hindurch und ist elektrisch mit einem Emitter des IGBTs verbunden. Die Kollektor-Terminalelektrode 26 deckt die erste Nicht-Bauteilfläche 28 ab und ist elektrisch mit einem Kollektor des IGBT verbunden. Das heißt, das erste Bauteil 21 hat den vertikal strukturierten IGBT.
  • Das erste Bauteil 21 ist auf der Metallplatte 6 so angeordnet, dass die Gate-Terminalelektrode 24 und die Emitter-Terminalelektrode 25 der ersten Hauptfläche 3 entgegengesetzt sind. Die Kollektor-Terminalelektrode 26 des ersten Bauteils 21 ist mechanisch und elektrisch mit der Metallplatte 6 über ein leitendes Bondingmaterial (z.B. Lötmittel) verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 3 bis 6 weist das Halbleitermodul 1 ein chipartiges zweites Bauteil 31 auf, das die Refluxdiode enthält. Bei dieser Ausführungsform besteht die Refluxdiode aus einer SBD (Schottky-Barriereschichtdiode). Das zweite Bauteil 31 ist auf der Metallplatte 6 (erste Plattenfläche 7 des ersten Bereichs 10) in einem Abstand von dem ersten Bauteil 21 innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 2 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist das zweite Bauteil 31 in einem Bereich auf der Seite der vierten Plattenseitenwand 9D (vierte Seitenwand 5D) in der ersten Plattenfläche 7 angeordnet. Das zweite Bauteil 31 ist dem ersten Bauteil 21 in der ersten Richtung X entgegengesetzt.
  • Unter Bezugnahme auf 5A und 5B weist das zweite Bauteil 31 insbesondere einen zweiten Halbleiterchip 32, einen zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 33, eine Anoden-Terminalelektrode 34 und eine Kathoden-Terminalelektrode 35 auf. Der zweite Halbleiterchip 32 ist aus Si oder einem Halbleiter mit breiter Bandlücke hergestellt, dessen Bandlücke größer ist als die von Si. Das heißt, der zweite Halbleiterchip 32 kann aus dem gleichen Halbleiter wie der erste Halbleiterchip 22 oder aus einem anderen Halbleiter als dem ersten Halbleiterchip 22 bestehen.
  • Der zweite Halbleiterchip 32 besteht vorzugsweise aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke. Der zweite Halbleiterchip 32 kann aus SiC (Siliziumkarbid) oder GaN (Galliumnitrid) als Beispiel für einen Halbleiter mit breiter Bandlücke bestehen. Bei dieser Ausführungsform besteht der zweite Halbleiterchip 32 aus SiC. Das heißt, die Refluxdiode besteht aus SiC-SBD.
  • Der zweite Halbleiterchip 32 weist eine zweite Bauteilfläche 37 und eine zweite Nicht-Bauteilfläche 38 auf. Die zweite Bauteilfläche 37 ist eine Fläche, in der ein größerer Abschnitt der SBD ausgebildet ist. Die zweite Nicht-Bauteilfläche 38 ist eine Fläche auf der der zweiten Bauteilfläche 37 entgegengesetzten Seite. Der zweite Halbleiterchip 32 kann eine ebene Fläche haben, die kleiner ist als eine ebene Fläche des ersten Halbleiterchips 22 in der Draufsicht.
  • Der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 33 deckt die zweite Bauteilfläche 37 ab. Der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 33 kann zumindest eines von Siliziumoxid und Siliziumnitrid aufweisen. Die Anoden-Terminalelektrode 34 ist auf dem zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 33 ausgebildet. Die Anoden-Terminalelektrode 34 hat eine ebene Fläche, die größer ist als die ebene Fläche der Gate-Terminalelektrode 24. Die ebene Fläche der Anoden-Terminalelektrode 34 ist kleiner als eine ebene Fläche der Emitter-Terminalelektrode 25.
  • Die Anoden-Terminalelektrode 34 geht durch den zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 33 hindurch und ist elektrisch mit einer Anode der Refluxdiode verbunden. Die Kathoden-Terminalelektrode 35 deckt die zweite Nicht-Bauteilfläche 38 des zweiten Halbleiterchips 32 ab und ist elektrisch mit einer Kathode der Refluxdiode verbunden. Das heißt, der zweite Halbleiterchip 32 hat die vertikal strukturierte Refluxdiode.
  • Das zweite Bauteil 31 ist auf der Metallplatte 6 so angeordnet, dass die Anoden-Terminalelektrode 34 der ersten Hauptfläche 3 entgegengesetzt ist. Die Kathoden-Terminalelektrode 35 des zweiten Bauteils 31 ist über ein leitfähiges Bondingmaterial (z.B. Lötmittel) mechanisch und elektrisch mit der Metallplatte 6 verbunden. Dadurch ist die Kathode der Refluxdiode über die Metallplatte 6 elektrisch mit dem Kollektor des IGBT verbunden.
  • Das Halbleitermodul 1 weist eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform vier) von Anschlussdrähten 41 auf, von denen jeder das erste Bauteil 21 und das zweite Bauteil 31 mit einem entsprechenden Anschlussterminal 13 im Inneren des Gehäuse-Hauptkörpers 2 elektrisch verbindet. Die Vielzahl der Anschlussdrähte 41 ist jeweils aus einem Bonddraht hergestellt. Die Vielzahl der Anschlussdrähte 41 kann mindestens einen Kupferdraht, einen Golddraht oder einen Aluminiumdraht mit einschließen. Bei dieser Ausführungsform ist die Vielzahl der Anschlussdrähte 41 jeweils aus einem Aluminiumdraht hergestellt.
  • Insbesondere weist die Vielzahl der Anschlussdrähte 41 einen oder eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform einen) von Gate-Anschlussdrähten 42, einen oder eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform zwei) von Emitter-Anschlussdrähten 43 und einen oder eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform einen) von Anoden- Anschlussdrähten 44 auf. Die Anzahl der Gate-Anschlussdrähte 42, der Emitter-Anschlussdrähte 43 und der Anoden-Anschlussdrähte 44 ist willkürlich und wird entsprechend einer ebenen Fläche und einer ebenen Form jeder der Gate-Temrinal-Elektrode 24, der Emitter-Terminalelektrode 25 und der Anoden-Terminalelektrode 34 eingestellt.
  • Der Gate-Anschlussdraht 42 ist mit dem internen Endabschnitt 14 des Gate-Terminals 17 und der Gate-Terminalelektrode 24 des ersten Bauteils 21 verbunden. Die Emitter-Anschlussdrähte 43 sind mit dem internen Endabschnitt 14 des Emitter-/Anoden-Anschlussterminals 19 und der Emitter-Terminalelektrode 25 des ersten Bauteils 21 verbunden. Der Anoden-Anschlussdraht 44 ist mit dem internen Endabschnitt 14 des Emitter-/Anoden-Anschlussterminals 19 und der Anoden-Terminalelektrode 34 des zweiten Bauteils 31 verbunden.
  • Dadurch ist die Anode der Refluxdiode über den Emitter-Anschlussdraht 43, den Anoden-Anschlussdraht 44 und das Emitter-/Anoden-Anschlussterminal 19 elektrisch mit dem Emitter des IGBT verbunden. Wenn der interne Endabschnitt 14 des Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminals 18 in einem Abstand von der Metallplatte 6 angeordnet ist, weist die Vielzahl der Anschlussdrähte 41 einen Kollektor-/Kathoden-Anschlussdraht auf. In diesem Fall ist der Kollektor-/Kathoden-Anschlussdraht mit der Metallplatte 6 und dem internen Endabschnitt 14 des Kollektor-/Kathoden-Anschlussterminals 18 verbunden.
  • Das Halbleitermodul 1 weist ein zweites Durchgangsloch 45 auf, das durch den Gehäuse-Hauptkörper 2 von der ersten Hauptfläche 3 zur zweiten Hauptfläche 4 verläuft. Das zweite Durchgangsloch 45 ist innerhalb eines Bereichs ausgebildet, der von dem ersten Durchgangsloch 12 der Metallplatte 6 umgeben ist, und geht durch das erste Durchgangsloch 12. Das zweite Durchgangsloch 45 hat in der Draufsicht eine kleinere Fläche als die Fläche des ersten Durchgangslochs 12.
  • Eine Innenwand des zweiten Durchgangslochs 45 ist durch ein Gießharz abgegrenzt und steht einer Innenwand des ersten Durchgangslochs 12 über einen Teil des Gehäuse-Hauptkörpers 2 (Gießharz) gegenüber. Das zweite Durchgangsloch 45 ist in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet. Eine flache Form des zweiten Durchgangslochs 45 ist beliebig und kann in einer polygonalen Form, wie z. B. einer viereckigen Form, ausgebildet sein. Das Halbleitermodul 1 wird durch Einführen einer Schraube in die zweite Durchgangsbohrung 45 mit einem externen Kühlkörper oder anderem verschraubt.
  • Das Halbleitermodul 1 weist einen ersten eingekerbten Abschnitt 46 und einen zweiten eingekerbten Abschnitt 47 auf, die in dem Gehäuse-Hauptkörper 2 ausgebildet sind. Der erste eingekerbte Abschnitt 46 ist an einer Position ausgebildet, die dem zweiten Durchgangsloch 45 in der ersten Richtung X in der dritten Seitenwand 5C gegenüberliegt. Der erste eingekerbte Abschnitt 46 wird durch Einkerben eines Teils der ersten Hauptfläche 3 von der dritten Seitenwand 5C in Richtung der vierten Seitenwand 5D gebildet und legt einen Teil der Metallplatte 6 (dritte Plattenseitenwand 9C) frei. Der erste eingekerbte Abschnitt 46 hat eine halbkreisförmige Form, die in der Draufsicht in Richtung der vierten Seitenwand 5D vertieft ist. Eine ebene Form des ersten eingekerbten Abschnitts 46 ist beliebig und kann in einer viereckigen Form (z.B. tetragonale Form) ausgebildet sein.
  • Der zweite eingekerbte Abschnitt 47 ist an einer Position ausgebildet, die dem zweiten Durchgangsloch 45 in der ersten Richtung X in der vierten Seitenwand 5D gegenüberliegt. Der zweite eingekerbte Abschnitt 47 wird durch Einkerben eines Teils der ersten Hauptfläche 3 von der vierten Seitenwand 5D in Richtung der dritten Seitenwand 5C gebildet und legt einen Teil der Metallplatte 6 (vierte Plattenseitenwand 9D) frei. Der zweite eingekerbte Abschnitt 47 hat eine halbkreisförmige Form, die in der Draufsicht in Richtung der dritten Seitenwand 5C vertieft ist. Eine ebene Form des zweiten gekerbten Abschnitts 47 ist beliebig und kann in einer viereckigen Form (z.B. tetragonale Form) ausgebildet sein.
  • Das Halbleitermodul 1 ist nicht auf das TO-Gehäuse beschränkt, sondern kann aus SOP (Small Outline Package), QFN (Quad For Non Lead Package), DFP (Dual Flat Package), DIP (Dual Inline Package), QFP (Quad Flat Package), SIP (Single Inline Package), SOJ (Small Outline J-leaded Package) oder anderen ähnlichen Gehäusen hergestellt sein. Diese Gehäuse unterscheiden sich in der Form des Gehäuse-Hauptkörpers 2 sowie in der Anordnung und Form des Anschlussterminals 13 vom TO-Gehäuse, sind aber in der Grundstruktur (einschließlich der elektrischen Struktur) dem TO-Gehäuse ähnlich.
  • 7 ist ein Diagramm, das die Strom-Spannungs-Charakteristiken des ersten Bauteils 21 und des zweiten Bauteils 31 in 3 zeigt. Die rechte Ordinate zeigt einen Rückwärtsstrom IEC [A] zwischen Emitter und Kollektor des IGBTs an. Die linke Ordinate zeigt den Vorwärtsstrom IF [A] der Refluxdiode an. Die Abszisse zeigt eine Rückwärtsspannung VEC [V] zwischen dem Emitter und dem Kollektor des IGBT und eine Vorwärtsspannung VF [V] der Refluxdiode an.
  • 7 zeigt eine erste Charakteristik (Kennlinie) S1 und eine zweite Charakteristik (Kennlinie) S2. Die ersten Charakteristiken (Kennlinien bzw. Kenndaten) S1 zeigen die Rückwärtsstrom-Spannungs- Charakteristiken des IGBT (erstes Bauteil 21) in einem Zustand, in dem er von der Refluxdiode (zweites Bauteil 31) elektrisch getrennt ist. Insbesondere sind die ersten Charakteristiken S1 Charakteristiken, wenn eine Rückwärtsspannung VEC zwischen dem Emitter und dem Kollektor in einem Zustand angelegt wird, in dem eine Gatespannung 0 V beträgt (d. h. in einem ausgeschalteten Zustand des IGBT) . Die Bauteiltemperatur des ersten Bauteils 21 zu Beginn der Messung der ersten Charakteristiken S1 beträgt 25°C.
  • Die zweiten Charakteristiken S2 zeigen Vorwärtsstrom-Spannungs-Charakteristiken der Reflux-Diode (zweites Bauteil 31) in einem Zustand, in dem sie elektrisch vom IGBT (erstes Bauteil 21) getrennt ist. Insbesondere sind die zweiten Charakteristiken S2 Charakteristiken, wenn eine Vorwärtsspannung VF zwischen der Anode und der Kathode angelegt wird. Die Bauteiltemperatur des zweiten Bauteils 31 zu Beginn der Messung der zweiten Charakteristiken S2 beträgt 25°C. In 7 sind die zweiten Charakteristiken S2 bei 25°C (siehe gestrichelte Linie), die zweiten Charakteristiken S2 bei 175°C (siehe gestrichelte Linie) und die zweiten Charakteristiken S2 bei 200°C (siehe durchgezogene Linie) dargestellt. Eine Richtung, in der die Vorwärtsspannung VF angelegt wird, fällt mit einer Richtung zusammen, in der die Rückwärtsspannung VEC angelegt wird. Eine Richtung, in der der Vorwärtsstrom IF fließt, fällt mit einer Richtung zusammen, in der der Rückwärtsstrom IEC fließt.
  • Unter Bezugnahme auf die ersten Charakteristiken S1 weist der IGBT eine Rückwärts-Stehspannung VRB auf. Der IGBT arbeitet nicht in einem Bereich, in dem die Rückwärtsspannung VEC kleiner ist als die Rückwärts-Stehspannung VRB. Wenn in dem IGBT die Rückwärtsspannung VEC nicht kleiner als die Rückwärts-Stehspannung VRB wird, werden Emitter und Kollektor geleitet und der Rückwärtsstrom IEC beginnt zu fließen. Die Rückwärts-Stehspannung VRB ist durch eine Rückwärtsspannung VEC definiert, wenn der Emitter und der Kollektor des IGBTs geleitet werden und der Rückwärtsstrom IEC zu fließen beginnt. Insbesondere ist die Rückwärts-Stehspannung VRB durch eine Rückwärtsspannung VEC definiert, wenn der Rückwärtsstrom IEC bei einer normalen Temperatur (25°C) zu fließen beginnt.
  • Wenn der Rückwärtsstrom IEC weiter ansteigt, nachdem der Emitter und der Kollektor geleitet worden sind, ist der IGBT defekt. Der IGBT ist vorzugsweise so konstruiert, dass der Rückwärtsstrom IEC in einem Maße fließt, dass der IGBT nicht bricht. Der Rückwärtsstrom IEC und die Bauteiltemperatur, die zum Bruch des IGBTs führen, hängen von einer Spezifikation des verwendeten IGBTs ab.
  • Als Beispiel kann der IGBT eine Rückwärts-Stehspannung VRB von nicht weniger als 2 V und nicht mehr als 15 V haben. In diesem Fall hat der IGBT vorzugsweise eine Rückwärts-Stehspannung VRB von nicht weniger als 5 V und nicht mehr als 12 V. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem der IGBT bei etwa 10 V der Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT und bei etwa 50 A des Rückwärtsstroms IEC bricht. In diesem Fall wird der IGBT vorzugsweise in einem Bereich von weniger als 50 A betrieben.
  • Unter Bezugnahme auf die zweiten Charakteristiken S2 weist die Refluxdiode eine Vorwärts-Schwellenspannung Vth auf, die kleiner ist als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (0<Vth<VRB). In der Refluxdiode beginnt der Vorwärtsstrom IF zu fließen, wenn die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner wird als die Vorwärts-Schwellenspannung Vth. Die Vorwärts-Schwellenspannung Vth der Reflux-Diode ist ein Wert, bei dem der IGBT zum Zeitpunkt des Reflux-Betriebs der Reflux-Diode nicht zwischen dem Emitter und dem Kollektor geleitet wird, wenn der IGBT von einem eingeschalteten Zustand in einen ausgeschalteten Zustand geschaltet wird.
  • Als Beispiel kann die Refluxdiode eine Vorwärts-Schwellenspannung Vth haben, die nicht weniger als 0,5 V und nicht mehr als 2,5 V beträgt. Die Spannungsdifferenz (VRB-Vth) zwischen der Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT und der Vorwärts-Schwellenspannung Vth der Refluxdiode beträgt vorzugsweise nicht weniger als 1 V. Die Spannungsdifferenz (VRB-Vth) beträgt vorzugsweise nicht weniger als 2 V. Die Spannungsdifferenz (VRB-Vth) ist insbesondere vorzugsweise nicht kleiner als 5 V. Die Spannungsdifferenz (VRB-Vth) kann eine untere Grenze von nicht weniger als 1 V haben, und eine obere Grenze der Spannungsdifferenz (VRB-Vth) ist beliebig. Zum Beispiel kann in 7 die obere Grenze der Spannungsdifferenz (VRB-Vth) nicht mehr als 10 V betragen.
  • Die Refluxdiode hat außerdem eine Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB, die größer ist als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (Vth<VRB<VFB). Die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode beträgt vorzugsweise nicht mehr als das Zweifache der Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (VRB<VFB≤2×VRB). Die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode beträgt insbesondere vorzugsweise nicht mehr als das 1,5 fache der Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (VRB<VFB≤1,5×VRB).
  • In der Refluxdiode steigt der Vorwärtsstrom IF mit einer Erhöhung der Vorwärtsspannung VF. Die Refluxdiode bricht durch, wenn die Vorwärtsspannung VF die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB überschreitet. Die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode ist durch eine Vorwärtsspannung VF bei Durchbruch der Refluxdiode definiert.
  • Außerdem steigt bei der Refluxdiode die Temperatur des Bauteils mit einem Anstieg der Vorwärtsspannung VF (Vorwärtsstrom IF). Die Refluxdiode hat die Charakteristiken, dass eine Rate des Anstiegs des Vorwärtsstroms IF im Verhältnis zur Rate des Anstiegs der Vorwärtsspannung VF in Zuordnung zu einem Anstieg der Bauteiltemperatur abnimmt. Daher ist insbesondere die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB durch eine Vorwärtsspannung VF definiert, wenn die Refluxdiode nach einem Temperaturanstieg (200°C in 7) von einer normalen Temperatur (25°C) durchbrochen wird.
  • In dem Halbleitermodul 1 ist die Refluxdiode antiparallel zu dem IGBT verbunden bzw. geschaltet (siehe auch 6). Daher beginnt im Halbleitermodul 1, wie aus 7 ersichtlich, der Rückwärtsstrom IEC im IGBT zu fließen, wenn eine Spannung zwischen den Terminals der Refluxdiode (d.h. die Vorwärtsspannung VF) nicht kleiner wird als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (VRB≤VF).
  • Wenn die Vorwärtsspannung VF nicht geringer ist als die Rückwärts-Stehspannung VRB, ist die Bauteiltemperatur der Refluxdiode höher als die Bauteiltemperatur des IGBT. Wenn die Refluxdiode und der IGBT beide in Betrieb sind, ist ferner die Bauteiltemperatur der Refluxdiode höher als die Bauteiltemperatur des IGBT. Die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB und die Bauteiltemperatur, bei der die Refluxdiode durchbricht, hängen von der Spezifikation der verwendeten Refluxdiode ab.
  • Als Beispiel kann die Refluxdiode eine Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB haben, die nicht weniger als 4 V und nicht mehr als 30 V beträgt. Wenn die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT nicht weniger als 5 V und nicht mehr als 12 V beträgt, hat die Refluxdiode vorzugsweise eine Vorwärts-Durchbruchspannung VFB, die nicht weniger als 10 V und nicht mehr als 24 V beträgt. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Refluxdiode eine Vorwärts-Durchbruchspannung VFB, die nicht weniger als 7,5 V und nicht mehr als 18 V beträgt. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem die Refluxdiode bei etwa 13 V der Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode und bei etwa 90 A des Vorwärtsstroms IF durchbricht.
  • 8 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Betrieb des in 1 dargestellten Halbleitermoduls 1 beschreibt. 8 zeigt eine Stromwellenform W1 und eine Spannungswellenform W2. Die Stromwellenform W1 zeigt eine Impulswellenform eines Rückwärts-Stoßstroms IRS. Die Spannungswellenform W2 zeigt eine Spannungswellenform, die am Halbleitermodul 1 als Reaktion auf den Rückwärts-Stoßstrom IRS erzeugt wird. Dabei liegt der Rückwärts-Stoßstrom IRS zwischen der Emitter-Terminalelektrode 25 und der Kollektor-Terminalelektrode 26 des Halbleitermoduls 1 so an, dass die Vorwärtsspannung VF der Refluxdiode die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT überschreitet.
  • Unter Bezugnahme auf die Stromwellenform W1 und die Spannungswellenform W2 weist das Halbleitermodul 1 einen ersten Betriebsbereich R1 und einen zweiten Betriebsbereich R2 auf, die als Reaktion auf den Rückwärts-Stoßstrom IRS zum Zeitpunkt der Anwendung des Rückwärts-Stoßstroms IRS unterschiedlich arbeiten.
  • Der erste Betriebsbereich R1 ist ein Bereich, in dem die Vorwärtsspannung VF allmählich von 0 V ansteigt. Insbesondere ist der erste Betriebsbereich R1 ein Bereich, in dem die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner als die Vorwärts-Schwellenspannung Vth und kleiner als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT ist. Der zweite Betriebsbereich R2 ist ein Bereich, der vom ersten Betriebsbereich R1 übergeht und in dem die Vorwärtsspannung VF geklemmt ist. Insbesondere ist der zweite Betriebsbereich R2 ein Bereich, in dem die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT ist.
  • 9A ist ein Schaltplan, der einen Betrieb des Halbleitermoduls 1 in dem in 8 dargestellten ersten Betriebsbereich R1 beschreibt. 9B ist ein Schaltplan, der einen Betrieb des Halbleitermoduls 1 in dem in 8 dargestellten zweiten Betriebsbereich R2 beschreibt.
  • Unter Bezugnahme auf 9A wird in dem ersten Betriebsbereich R1, der ein Bereich ist, in dem die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner als die Vorwärts-Schwellenspannung Vth und kleiner als die Rückwärts-Stehspannung VRB (Vth≤VF<VRB) ist, die Reflux-Diode betrieben, aber andererseits wird der IGBT nicht betrieben. Das heißt, im ersten Betriebsbereich R1 fließt der Rückwärts-Stoßstrom IRS als Vorwärtsstrom IF in die Refluxdiode. In der Refluxdiode steigt die Vorwärtsspannung VF mit einem Anstieg des Rückwärts-Stoßstroms IRS (Vorwärtsstrom IF) an. Wenn die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner wird als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT, werden der Emitter und der Kollektor des IGBT geleitet, und ein Teil des Rückwärts-Stoßstroms IRS beginnt im IGBT zu fließen.
  • Unter Bezugnahme auf 9B ist der zweite Betriebsbereich R2 ein Bereich, in dem die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner als die Rückwärts-Stehspannung VRB und kleiner als die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB ist (VRB≤VF<VFB) und daher sowohl die Refluxdiode als auch der IGBT betrieben werden. Das heißt, im zweiten Betriebsbereich R2 fließt ein Teil des Rückwärts-Stoßstroms IRS als Vorwärtsstrom IF in die Refluxdiode und auch ein verbleibender Teil des Rückwärts-Stoßstroms IRS fließt als Rückwärtsstrom IEC in den IGBT. Der Rückwärtsstrom IEC ist ein Wert aus einem Bereich, in dem der IGBT nicht bricht.
  • Das heißt, dass im zweiten Betriebsbereich R2, da der Rückwärts-Stoßstrom IRS verzweigt ist und in den IGBT und die Refluxdiode fließt, der Rückwärts-Stoßstrom IRS sowohl von dem IGBT als auch von der Refluxdiode verarbeitet wird. Ferner wird im zweiten Betriebsbereich R2 die Vorwärtsspannung VF der Refluxdiode auf die Rückwärtsspannung VEC des IGBT geklemmt und somit eine Erhöhung der Vorwärtsspannung VF verhindert. Dadurch ist es möglich, die Verarbeitungsfähigkeit des Rückwärts-Stoßstroms IRS zu verbessern, während die Refluxdiode daran gehindert wird, kaputt zu gehen.
  • Während einer Zeitspanne, in der die Vorwärtsspannung VF auf die Rückwärtsspannung VEC geklemmt ist (d.h. zweiter Betriebsbereich R2), kann der Rückwärtsstrom IEC, der im IGBT fließt, beispielsweise nicht größer sein als der Vorwärtsstrom IF, der in der Refluxdiode fließt. Ein Verhältnis IEC/IF des Rückwärtsstroms IEC zum Vorwärtsstrom IF darf nicht kleiner als 0,1 und nicht größer als 1 sein. Der im IGBT fließende Rückwärtsstrom IEC ist vorzugsweise kleiner als der Vorwärtsstrom IF, der in der Refluxdiode fließt. In diesem Fall ist das Verhältnis von IEC/IF vorzugsweise nicht kleiner als 0,1 und nicht größer als 0,8.
  • Wenn der Rückwärts-Stoßstrom IRS so weit abnimmt, dass die Vorwärtsspannung VF der Refluxdiode kleiner wird als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT, kehrt der IGBT in einen Aus-Zustand zurück, und der Rückwärts-Stoßstrom IRS fließt in der Refluxdiode als Vorwärtsstrom IF. Der Rückwärts-Stoßstrom IRS wird auf diese Weise verarbeitet.
  • 10 ist ein Diagramm, das einen Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM des Halbleitermoduls 1 in 1 zeigt. Die Ordinate zeigt einen Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM [A] an. Die Abszisse zeigt einen Punkt an. 10 zeigt im Diagramm einen ersten Balken G1 und einen zweiten Balken G2. Der erste Balken G1 zeigt den Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM nur für die Refluxdiode. Der zweite Balken G2 zeigt einen Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM des Halbleitermoduls 1.
  • Genauer gesagt ist der Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM des Halbleitermoduls 1 ein Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM einer kombinierten Struktur aus dem IGBT und der Refluxdiode (Antiparallelschaltung), die einen Rückwärts-Stoßwiderstand des Halbleitermoduls 1 anzeigt. Der Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM ist, wie allgemein bekannt, durch einen nicht wiederholbaren maximal zulässigen Spitzenstromwert definiert, bei dem ein Zyklus einer sinusförmigen Halbwelle mit einer handelsüblichen Frequenz (50 Hz oder 60 Hz) in Vorwärtsrichtung fließen darf.
  • In Bezug auf den ersten Balken G1 beträgt der Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM der Refluxdiode nicht weniger als 80 A und weniger als 100 A (etwa 90 A). Im Gegensatz dazu beträgt der Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM des Halbleitermoduls 1 in Bezug auf den zweiten Balken G2 nicht weniger als 145 A und nicht mehr als 165 A (etwa 155 A) und ist etwa 1,7-mal größer als bei der Refluxdiode. Das heißt, in einem Bereich, in dem die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner als die Rückwärts-Stehspannung VRB und kleiner als die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB (VRB≤VF<VFB) ist, ist eine maximale Summe des Vorwärtsstroms IF, der in der Refluxdiode fließt, und des Rückwärtsstroms IEC, der im IGBT fließt, größer als der Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM nur der Refluxdiode.
  • Wie oben beschrieben, weist das Halbleitermodul 1 das erste Bauteil 21 mit dem IGBT und das zweite Bauteil 31 mit der Refluxdiode auf. Die Refluxdiode ist antiparallel zum IGBT verbunden bzw. geschaltet. Die Refluxdiode hat eine Vorwärts-Schwellenspannung Vth, die kleiner ist als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT, und eine Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB, die größer ist als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (Vth<VRB<VFB).
  • Gemäß dem Halbleitermodul 1 führt ein Anstieg des Vorwärtsstroms IF, der in der Refluxdiode fließt, wenn der IGBT ausgeschaltet ist, zu einem Anstieg der Vorwärtsspannung VF der Refluxdiode aufgrund eines Anstiegs des Vorwärtsstroms IF. Wenn die Vorwärtsspannung VF nicht kleiner als die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT ist, werden Emitter und Kollektor des IGBT geleitet, und der Rückwärtsstrom IEC fließt im IGBT. Daher kann selbst bei Anwendung des Rückwärts-Stoßstroms IRS der Rückwärts-Stoßstrom IRS sowohl vom IGBT als auch von der Refluxdiode verarbeitet werden, bevor die Refluxdiode bricht. Dementsprechend ist es möglich, den Rückwärts-Stoßwiderstand zu erhöhen.
  • Wenn das Verhältnis VFB/VRB der Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB in Bezug auf die Rückwärts-Stehspannung VRB nicht mehr als 1 beträgt, bricht die Refluxdiode gleichzeitig mit dem Leiten des IGBT oder vor dem Leiten des IGBT. In diesem Fall ist der Rückwärts-Stoßwiderstand des Halbleitermoduls 1 auf den Spitzenstoß-Vorwärtsstrom IFSM der Refluxdiode begrenzt. Daher wird im Halbleitermodul 1 das Verhältnis von VFB/VRB auf einen Wert von über 1 eingestellt.
  • Unter der Bedingung, dass das Verhältnis von VFB/VRB größer als 1 ist, kann, wenn das Verhältnis von VFB/VRB in die Nähe von 1 gebracht wird, der Rückwärts-Stoßstrom IRS unter Verwendung der Refluxdiode bis zu einer Verarbeitungsfähigkeitsgrenze des Vorwärtsstroms IF (d.h. der Nähe der Vorwärts-Durchbruchspannung VFB) verarbeitet werden. Andererseits werden Emitter und Kollektor des IGBT bei einer relativ niedrigen Vorwärtsspannung VF geleitet, wenn das Verhältnis VFB/VRB von 1 abweicht. Daher ist es wahrscheinlicher, dass der IGBT in einem Zustand bricht, in dem die Vorwärtsspannung VF der Refluxdiode einen ausreichenden Spielraum hat, bevor sie die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB erreicht.
  • Daher ist das Verhältnis von VFB/VRB vorzugsweise größer als 1 und nicht größer als 2, d.h. die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode ist vorzugsweise nicht mehr als das Zweifache der Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (VRB<VFB≤2×VRB). Das Verhältnis VFB/VRB kann nicht mehr als 1,2, nicht mehr als 1,4, nicht mehr als 1,6, nicht mehr als 1,8 oder nicht mehr als 2 betragen. In diesem Fall ist das Verhältnis VFB/VRB insbesondere vorzugsweise nicht mehr als 1,5. Das heißt, die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode ist insbesondere vorzugsweise nicht mehr als das 1,5-fache der Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT (VRB<VFB≤1,5×VRB). Das Verhältnis von VFB/VRB ist insbesondere vorzugsweise nicht kleiner als 1,1.
  • In den oben beschriebenen Fällen kann der Rückwärts-Stoßstrom IRS unter Verwendung der Refluxdiode bis zur Grenze der Verarbeitungsfähigkeit des Vorwärtsstroms IF (d.h. in der Nähe der Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB) verarbeitet werden. Dadurch ist es möglich, den Rückwärts-Stoßwiderstand des Halbleitermoduls 1 in geeigneter Weise zu erhöhen.
  • Beispielsweise kann die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT nicht weniger als 2 V und nicht mehr als 15 V betragen. In diesem Fall ist die Rückwärts-Stehspannung VRB vorzugsweise nicht weniger als 5 V und nicht mehr als 12 V. Andererseits kann die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode nicht weniger als 4 V und nicht mehr als 30 V betragen. Wenn die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT nicht weniger als 5 V und nicht mehr als 12 V beträgt, ist die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode vorzugsweise nicht weniger als 10 V und nicht mehr als 24 V. In diesem Fall ist die Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB der Refluxdiode insbesondere vorzugsweise nicht weniger als 7,5 V und nicht mehr als 18 V.
  • Die Vorwärts-Schwellenspannung Vth der Reflux-Diode ist vorzugsweise ein Wert, bei dem der IGBT nicht zwischen dem Emitter und dem Kollektor bei Reflux-Betrieb der Refluxdiode geleitet wird, wenn der IGBT von einem eingeschalteten Zustand in einen ausgeschalteten Zustand geschaltet wird. Mit anderen Worten, vorzugsweise wird ein IGBT gewählt, der zwischen dem Emitter und dem Kollektor nicht leitet, wenn die Refluxdiode im Refluxbetrieb ist. In diesem Fall, während der IGBT und die Refluxdiode in geeigneter Weise in Vorwärtsrichtung betrieben werden, kann der Rückwärts-Stoßwiderstand erhöht werden. Eine untere Grenze einer Spannungsdifferenz (VRB-Vth) zwischen der Rückwärts-Stehspannung VRB und der Vorwärts-Schwellenspannung Vth darf nicht weniger als 1 V betragen, und eine obere Grenze der Spannungsdifferenz (VRB-Vth) ist willkürlich.
  • 11 ist eine Zeichnung, die ein Halbleitermodul 51 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 ist eine Draufsicht, die eine innere Struktur eines ersten Moduls 51A in 11 zeigt. 13 ist eine Draufsicht, die eine innere Struktur eines zweiten Moduls 51B in 11 zeigt.
  • Bei dieser Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die 11 bis 13, weist das Halbleitermodul 51 ein Modul mit zwei Gehäusen auf, das das erste Modul 51A, in dem der IGBT in einem (eigenen) Gehäuse untergebracht ist, und das zweite Modul 51B, in dem die Refluxdiode in einem (eigenen) Gehäuse untergebracht ist, aufweist. In 11 ist eine elektrische Verbindungsart des ersten Moduls 51A und des zweiten Moduls 51B durch eine virtuelle Linie dargestellt. Das Halbleitermodul 51 ist tatsächlich aus dem ersten Modul 51A und dem zweiten Modul 51B hergestellt, die über eine Verdrahtung, die in einem Schaltungssubstrat wie einer einem PCB ausgebildet ist, elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Bei dieser Ausführungsform (11 und 12) weist das erste Modul 51A ein TO-Gehäuse mit drei Terminals (insbesondere einem TO-220-Gehäuse) auf. Das erste Modul 51A weist einen Gehäuse-Hauptkörper 52 (erster Gehäuse-Hauptkörper) auf. Der Gehäuse-Hauptkörper 52 besteht aus einem Gießharz (z.B. Epoxidharz) und ist in einer Rechteck-Parallelepiped-Form ausgebildet. Der Gehäusehauptkörper 52 hat eine erste Hauptfläche 53 an einer Seite, eine zweite Hauptfläche 54 an einer anderen Seite und erste bis vierte Seitenwände 55A bis 55D, die die erste Hauptfläche 53 und die zweite Hauptfläche 54 verbinden.
  • Die erste Hauptfläche 53 und die zweite Hauptfläche 54 sind in der Draufsicht, von einer Normalenrichtung Z aus gesehen, jeweils viereckig geformt. Die erste Seitenwand 55A und die zweite Seitenwand 55B erstrecken sich entlang einer ersten Richtung X und sind einer zweiten Richtung Y entgegengesetzt, die orthogonal zur ersten Richtung X ist. Die dritte Seitenwand 55C und die vierte Seitenwand 55D erstrecken sich entlang der zweiten Richtung Y und sind der ersten Richtung X entgegengesetzt.
  • Das erste Modul 51A weist eine Metallplatte 56 auf, die im Inneren des Gehäuse-Hauptkörpers 52 angeordnet ist. Die Metallplatte 56 weist mindestens eines von Kupfer, einer Kupferbasislegierung, Eisen und einer Eisenbasislegierung auf. Die Metallplatte 56 hat eine erste Plattenfläche 57 an einer Seite, eine zweite Plattenfläche 58 an einer anderen Seite und erste bis vierte Plattenseitenwände 59A bis 59D, die die erste Plattenfläche 57 und die zweite Plattenfläche 58 verbinden.
  • Die erste Plattenfläche 57 und die zweite Plattenfläche 58 sind in der Draufsicht viereckig (insbesondere rechteckig) ausgebildet. Die erste Plattenfläche 57 ist der ersten Hauptfläche 53 innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52 zugewandt. Die zweite Plattenfläche 58 liegt von der zweiten Hauptfläche 54 des Gehäuse-Hauptkörpers 52 aus frei. Die ersten bis vierten Plattenseitenwände 59A bis 59D erstrecken sich jeweils parallel zu den ersten bis vierten Seitenwänden 55A bis 55D.
  • Im Einzelnen weist die Metallplatte 56 einen ersten Bereich 60 auf, der innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52 angeordnet ist, und einen zweiten Bereich 61, der außerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52 angeordnet ist. Der erste Bereich 60 ist als Pad-Bereich ausgebildet, und der zweite Bereich 61 ist als Wärmespreizer ausgebildet. Der zweite Bereich 61 ist aus dem ersten Bereich 60 herausgeführt, so dass er die zweite Seitenwand 55B des Gehäuse-Hauptkörpers 52 kreuzt.
  • Der zweite Bereich 61 ist in einer tetragonalen Form ausgebildet, die in Bezug auf die erste Richtung X breiter ist als der erste Bereich 60. Der zweite Bereich 61 kann so ausgebildet sein, dass er in Bezug auf die erste Richtung X gleich breit ist wie der erste Bereich 60. Der zweite Bereich 61 hat ein Durchgangsloch 62, das von der ersten Plattenfläche 57 durch die zweite Plattenfläche 58 hindurchgeht. Das Durchgangsloch 62 ist in der Draufsicht kreisförmig ausgebildet. Eine ebene Form des Durchgangslochs 62 ist willkürlich und kann in einer polygonalen Form, wie z. B. einer viereckigen Form, ausgebildet sein. Das erste Modul 51A wird durch Einführen einer Schraube in das Durchgangsloch 62 mit einem externen Kühlkörper oder anderem verschraubt.
  • Das erste Modul 51A weist eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform drei) von Anschlussterminals 63 auf. Die Vielzahl von Anschlussterminals 63 sind an der ersten Seitenwand 55A des Gehäuse-Hauptkörpers 52 angeordnet und aus dem Inneren des Gehäuse-Hauptkörpers 52 nach außen geführt. Die Vielzahl von Anschlussterminals 63 weisen jeweils mindestens eines der folgenden auf: Kupfer, eine Legierung auf Kupferbasis, Eisen und eine Legierung auf Eisenbasis. Auf der äußeren Fläche jedes der Vielzahl von Anschlussterminals 63 kann ein Plattierungsfilm aus einem Metall mit einer hohen Affinität (d.h. Bindungskraft) für Lötmittel gebildet sein. Der Plattierungsfilm kann zumindest einen Ni-Plattierungsfilm, einen Pd-Plattierungsfilm oder einen Au-Plattierungsfilm aufweisen.
  • Die Vielzahl von Anschlussterminals 63 sind jeweils in einer Bandform ausgebildet, die sich in einer Richtung orthogonal zur ersten Seitenwand 55A (d.h. in der zweiten Richtung Y) erstreckt. Die Vielzahl von Anschlussterminals 63 haben jeweils eine Plattenfläche, die parallel zur ersten Hauptfläche 53 (zweite Hauptfläche 54) des Gehäuse-Hauptkörpers 52 verläuft. Die Vielzahl der Anschlussterminals 63 weisen jeweils einen internen Endabschnitt 64, einen externen Endabschnitt 65 und einen Anschlussabschnitt 66 auf. Der interne Endabschnitt 64 befindet sich innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52. Der externe Endabschnitt 65 ist außerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52 angeordnet. Der Anschlussabschnitt 66 wird vom Inneren des Gehäuse-Hauptkörpers 52 zum Äußeren des Gehäuse-Hauptkörpers 52 herausgeführt und erstreckt sich in einer Bandform zwischen dem internen Endabschnitt 64 und dem externen Endabschnitt 65.
  • Insbesondere weist die Vielzahl der Anschlussterminals 63 ein Gate-Anschlussterminal 67, ein Kollektor-Anschlussterminal 68 und einen Emitter-Anschlussterminal 69 auf. Das Gate-Anschlussterminal 67, das Kollektor-Anschlussterminal 68 und das Emitter-Anschlussterminal 69 sind in dieser Reihenfolge von der Seite der dritten Seitenwand 55C zur Seite der vierten Seitenwand 55D angeordnet. Das Gate-Anschlussterminal 67 ist ein Terminal, an das ein Gate-Potential angelegt wird. Das Kollektor-Anschlussterminal 68 ist ein Terminal, an den ein Kollektor-Potenzial angelegt wird. Das Emitter-Anschlussterminal 69 ist ein Terminal, an den ein Emitter-Potential angelegt wird.
  • Der interne Endabschnitt 64 des Gate-Anschlussterminals 67 und der interne Endabschnitt 64 des Emitter-Anschlussterminals 69 sind in einem Abstand von der Metallplatte 56 angeordnet. Der interne Endabschnitt 64 des Kollektor-Anschlussterminals 68 ist einstückig mit der Metallplatte 56 ausgebildet, um die Metallplatte 56 auf demselben Potential zu fixieren. Dadurch bildet die Metallplatte 56 einen Teil des Kollektor-Anschlussterminals 68.
  • Form und Anordnung der Vielzahl von Anschlussterminals 63 sind beliebig und nicht auf die in 11 oder 12 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Ferner ist die Anordnung des Gate-Anschlussterminals 67, des Kollektor-Anschlussterminals 68 und des Emitter-Anschlussterminals 69 frei wählbar und nicht auf die in 11 oder 12 gezeigte Anordnung beschränkt. Ferner kann der interne Endabschnitt 64 des Kollektor-Anschlussterminals 68 in einem Abstand von der Metallplatte 56 angeordnet sein.
  • Das erste Modul 51A weist das zuvor beschriebene erste Bauteil 21 auf. Das erste Bauteil 21 ist auf der Metallplatte 56 (erste Plattenfläche 57 des ersten Bereichs 60) innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52 angeordnet. Im Einzelnen weist das erste Bauteil 21 den ersten Halbleiterchip 22, den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23, die Gate-Terminalelektrode 24, die Emitter-Terminalelektrode 25 und die Kollektor-Terminalelektrode 26 auf. Das erste Bauteil 21 ist auf der Metallplatte 56 so angeordnet, dass die Gate-Terminalelektrode 24 und die Emitter-Terminalelektrode 25 der ersten Hauptfläche 53 gegenüberliegen. Die Kollektor-Terminalelektrode 26 des ersten Bauteils 21 ist über ein leitfähiges Bondingmaterial (z.B. Lötmittel) mechanisch und elektrisch mit der Metallplatte 56 verbunden.
  • Das erste Modul 51A weist eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform drei) von Anschlussdrähten 70 auf, von denen jeder das erste Bauteil 21 mit einem entsprechenden Anschlussterminal 63 innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52 elektrisch verbindet. Die Vielzahl der Anschlussdrähte 70 ist jeweils aus einem Bonddraht hergestellt. Die Vielzahl der Anschlussdrähte 70 kann zumindest einen Kupferdraht, einen Golddraht oder einen Aluminiumdraht aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist die Vielzahl der Anschlussdrähte 70 jeweils aus einem Aluminiumdraht hergestellt.
  • Insbesondere weist die Vielzahl der Anschlussdrähte 70 einen oder eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform eine) von Gate-Anschlussdrähten 71 und einen oder eine Vielzahl (bei dieser Ausführungsform zwei) von Emitter-Anschlussdrähten 72 auf. Die Anzahl der Gate-Anschlussdrähte 71 und der Emitter-Anschlussdrähte 72 ist willkürlich und wird entsprechend einer ebenen Fläche und einer ebenen Form jeder Gate-Terminalelektrode 24 und der Emitter-Terminalelektrode 25 eingestellt.
  • Der Gate-Anschlussdraht 71 ist mit dem internen Endabschnitt 64 des Gate-Terminals 67 und der Gate-AnschlussTerminalelektrode 24 des ersten Bauteils 21 verbunden. Der Emitter-Anschlussdraht 72 ist mit dem internen Endabschnitt 64 des Emitter-Anschlussterminals 69 und der Emitter-Terminalelektrode 25 des ersten Bauteils 21 verbunden. Wenn der interne Endabschnitt 64 des Kollektor-Anschlussterminals 68 in einem Abstand von der Metallplatte 56 angeordnet ist, weist der Anschlussdraht 70 einen Kollektor-Anschlussdraht auf. In diesem Fall ist der Kollektor-Anschlussdraht mit der Metallplatte 56 und dem internen Endabschnitt 64 des Kollektor-Anschlussterminals 68 verbunden.
  • Bei dieser Ausführungsform (11 und 13) weist das zweite Modul 51B ein TO-Gehäuse mit zwei Terminals (insbesondere einem TO-220-Gehäuse) auf. Das zweite Modul 51B unterscheidet sich vom ersten Modul 51A dadurch, dass es das zweite Bauteil 31 anstelle des ersten Bauteils 21 aufweist. Wie das erste Modul 51A weist auch das zweite Modul 51B den Gehäuse-Hauptkörper 52 (zweiter Gehäuse-Hauptkörper), die Metallplatte 56, die Vielzahl (bei dieser Ausführungsform zwei) von Anschlussterminals 63 und den Anschlussdraht 70 auf. Nachfolgend wird eine vom ersten Modul 51A abweichende Struktur beschrieben, und andere Strukturen werden mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei eine Beschreibung derselben ausgelassen wird.
  • Die Vielzahl der Anschlussterminals 63 des zweiten Moduls 51B weisen ein Kathoden-Anschlussterminal 73 und ein Anoden-Anschlussterminal 74 auf. Das Kathoden-Anschlussterminal 73 und das Anoden-Anschlussterminal 74 sind in dieser Reihenfolge von der Seite der dritten Seitenwand 55C zur Seite der vierten Seitenwand 55D angeordnet. Das Kathoden-Anschlussterminal 73 ist ein Terminal, an das ein Kathodenpotential angelegt wird. Das Anoden-Anschlussterminal 74 ist ein Terminal, an das ein Anodenpotential angelegt wird.
  • Der interne Endabschnitt 64 des Anoden-Anschlussterminals 74 ist in einem Abstand von der Metallplatte 56 angeordnet. Der interne Endabschnitt 64 des Kathoden-Anschlussterminals 73 ist einstückig mit der Metallplatte 56 ausgebildet, um die Metallplatte 56 auf demselben Potential zu fixieren. Dadurch bildet die Metallplatte 56 einen Teil des Kathoden-Anschlussterminals 73.
  • Form und Anordnung der Vielzahl von Anschlussterminals 63 sind beliebig und nicht auf die in 11 oder 13 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Eine Anordnung des Kathoden-Anschlussterminals 73 und des Anoden-Anschlussterminals 74 ist ebenfalls beliebig und nicht auf die in 11 oder 13 gezeigte Anordnung beschränkt. Ferner kann der interne Endabschnitt 64 des Kathoden-Anschlussterminals 73 in einem Abstand von der Metallplatte 56 angeordnet sein.
  • Das zweite Modul 51B weist das zuvor beschriebene zweite Bauteil 31 auf. Das zweite Bauteil 31 ist auf der Metallplatte 56 (erste Plattenfläche 57 des ersten Bereichs 60) innerhalb des Gehäuse-Hauptkörpers 52 angeordnet. Im Einzelnen weist das zweite Bauteil 31 den zweiten Halbleiterchip 32, den zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 33, die Anoden-Terminalelektrode 34 und die Kathoden-Terminalelektrode 35 auf. Das zweite Bauteil 31 ist auf der Metallplatte 56 so angeordnet, dass die Anoden-Terminalelektrode 34 der ersten Hauptfläche 53 gegenüber liegt. Die Kathoden-Terminalelektrode 35 des zweiten Bauteils 31 ist mechanisch und elektrisch mit der Metallplatte 56 über ein leitendes Bondingmaterial (z.B. Lötmittel) verbunden.
  • Der Anschlussdraht 70 des zweiten Moduls 51B weist einen Anoden-Anschlussdraht 75 auf. Die Anzahl der Anoden-Anschlussdrähte 75 ist willkürlich und wird entsprechend einer ebenen Fläche und einer ebenen Form der Anoden-Terminalelektrode 34 angepasst. Der Anoden-Anschlussdraht 75 ist mit dem internen Endabschnitt 64 des Anoden-Anschlussterminals 74 und der Anoden-Terminalelektrode 34 des zweiten Bauteils 31 verbunden. Wenn der interne Endabschnitt 64 des Kathoden-Anschlussterminals 73 in einem Abstand von der Metallplatte 56 angeordnet ist, weist der Anschlussdraht 70 einen Kathoden-Anschlussdraht auf. In diesem Fall ist der Kathoden-Anschlussdraht mit der Metallplatte 56 und dem internen Endabschnitt 64 des Kathoden-Anschlussterminals 73 verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 11 ist das Kathoden-Anschlussterminal 73 des zweiten Moduls 51B elektrisch mit dem Kollektor- Anschlussterminals 68 des ersten Moduls 51A verbunden. Ferner ist das Anoden-Anschlussterminal 74 des zweiten Moduls 51B elektrisch mit dem Emitter-Anschlussterminal 69 des ersten Moduls 51A verbunden. In dem Halbleitermodul 51 ist die gleiche Antiparallelschaltung (siehe 6) wie in dem Halbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform durch die oben beschriebene Verbindungsart hergestellt.
  • Das erste Modul 51A ist nicht auf das TO-Gehäuse beschränkt, sondern kann aus SOP-, QFN-, DFP-, DIP-, QFP-, SIP-, SOJ- oder verschiedenen ähnlichen Gehäusen bestehen. Diese Gehäuse unterscheiden sich in der Form des Gehäuse-Hauptkörpers 52 sowie in der Anordnung und Form der Anschlussterminals 63 vom TO-Gehäusetyp, ähneln aber in ihrer Grundstruktur (einschließlich der elektrischen Struktur) dem TO-Gehäusetyp.
  • Das zweite Modul 51B ist nicht notwendigerweise aus dem gleichen Gehäuse wie das erste Modul 51A hergestellt, sondern kann aus einem anderen Gehäuse als dem ersten Modul 51A bestehen. Das zweite Modul 51B ist nicht auf das TO-Gehäuse beschränkt, sondern kann aus SOP-, QFN-, DFP-, DIP-, QFP-, SIP-, SOJ- oder ähnlichen Gehäusen bestehen. Diese Gehäuse unterscheiden sich in der Form des Gehäuse-Hauptkörpers 52 sowie in der Anordnung und Form der Anschlussterminals 63 vom TO-Gehäuse, sind aber in der Grundstruktur (einschließlich der elektrischen Struktur) dem TO-Gehäuse ähnlich.
  • Wie oben beschrieben, kann das Halbleitermodul 51 auch die gleichen Effekte bieten, wie sie im Halbleitermodul 1 beschrieben sind.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in anderen Ausführungsformen umgesetzt werden.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT nicht weniger als 2 V und nicht mehr als 15 V beträgt, die Vorwärts-Schwellenspannung Vth der Refluxdiode nicht weniger als 0.5 V und nicht mehr als 2,5 V beträgt, die Vorwärts-Durchbruchspannung VFB der Refluxdiode nicht weniger als 4 V und nicht mehr als 30 V beträgt. Dies sind jedoch nur Beispiele, und solange die Spannungsbedingungen (Vth<VRB<VFB) erfüllt sind, ist eine Spezifikation des IGBT und der Refluxdiode beliebig.
  • Zum Beispiel kann ein IGBT mit einer Rückwärts-Stehspannung VRB von mindestens 2 V und nicht mehr als 60 V (2 V<VRB<60 V) gewählt werden. In diesem Fall kann die Rückwärts-Stehspannung VRB nicht weniger als 35 V und nicht mehr als 60 V betragen. Die Refluxdiode mit einer Vorwärts-Schwellenspannung Vth von nicht wenige als 0,5 V und nicht mehr als 5 V (0,5 V<Vth<5 V) und einer Vorwärts-Durchbruchsspannung VFB von nicht weniger als 4 V und und nicht mehr als 120 V (4 V<Vth<120 V) kann verwendet werden. In diesem Fall kann die Vorwärts-Durchbruchspannung VFB mehr als 60 V und nicht mehr als 120 V betragen. Eine Spannungsdifferenz (VRB-Vth) zwischen der Rückwärts-Stehspannung VRB des IGBT und der Vorwärts-Schwellenspannung Vth der Reflux-Diode kann mehr als 10 V betragen. Die Spannungsdifferenz (VRB-Vth) kann mehr als 10 V und nicht mehr als 40 V betragen (1 V≤VRB-Vth<40 V).
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen hat die Refluxdiode, die aus SBD (SiC-SBD) hergestellt ist, den Vorteil, dass sie Spannungsbedingungen (Vth<VRB<VFB) leichter realisieren kann als die Refluxdiode, die aus einer pn-Übergangsdiode usw. hergestellt ist. Die Refluxdiode muss jedoch nicht unbedingt aus SBD (SiC-SBD) bestehen, solange sie die Spannungsbedingungen (Vth<VRB<VFB) erfüllt, und kann auch aus einer anderen Diode als SBD (z.B. einer pn-Übergangsdiode) bestehen. In diesem Fall kann die Refluxdiode aus einer FRD (Fast Recovery Diode) als Beispiel für eine pn-Übergangsdiode hergestellt sein. Wenn die Refluxdiode aus FRD besteht, kann der zweite Halbleiterchip 32, der aus einem Si-Substrat hergestellt ist, angepasst werden.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird einer stationären Avalanchespannung („avalanche voltage“) des IGBT und einer stationären Avalanchespannung der Refluxdiode gemäß den Konstruktionsideen des Halbleitermoduls 1 oder 51 ein beliebiger Wert zugewiesen. Bei der Refluxdiode kann die stationäre Avalanchespannung größer sein als die stationäre Avalanchespannung des IGBTs. Der Vorwärtswiderstand des Halbleitermoduls 1 oder 51 wird durch die stationäre Avalanchespannung des IGBT oder die stationäre Avalanchespannung der Refluxdiode begrenzt. Wenn die stationäre Avalanche-Spannung der Reflux-Diode höher ist als die stationäre Avalanche-Spannung des IGBT, ist es daher möglich, einen Ausfall der Reflux-Diode (zweites Bauteil 31) zu verhindern. Die oben beschriebene Struktur kann auch die gleichen Effekte bieten, wie sie im Halbleitermodul 1 oder 51 beschrieben sind.
  • Selbstverständlich kann die stationäre Avalanche-Spannung der Reflux-Diode kleiner sein als die stationäre Avalanche-Spannung des IGBTs. Diese Struktur ist insbesondere dann wirksam, wenn der IGBT aus Si-IGBT und die Refluxdiode aus SiC-SBD hergestellt ist. In diesem Fall kann eine druckfeste Struktur, die die stationäre Avalanche-Spannung erhöhen kann, in den Si-IGBT eingebracht werden, die zu relativ geringen Kosten hergestellt werden kann und die Notwendigkeit beseitigt, sie in die SiC-SBD zu relativ hohen Kosten einzubringen. Diese Struktur kann auch die gleichen Effekte liefern, wie sie im Halbleitermodul 1 oder 51 beschrieben sind.
  • Das Halbleitermodul 1 oder 51 gemäß jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann in eine oder beide Zweigschaltungen auf der Seite des hohen Potentials und auf der Seite des niedrigen Potentials einer Zweigreihenschaltung in einer Wechselrichterschaltung (inverter Circuit) eingebaut werden. Die Wechselrichterschaltung weist z.B. eine Halbbrückenschaltung, eine H-Brückenschaltung und eine dreiphasige Wechselrichterschaltung auf. Die Halbbrückenschaltung weist eine Zweigreihenschaltung auf. Die H-Brückenschaltung weist eine Parallelschaltung auf, bei der zwei Zweigreihenschaltungen (A-Phasen-Zweigreihenschaltung und B-Phasen-Zweigreihenschaltung) parallel geschaltet sind. Die dreiphasige Wechselrichterschaltung weist eine Parallelschaltung auf, in der drei Zweigreihenschaltungen (U-Phasen-Zweigreihenschaltung, V-Phasen-Zweigreihenschaltung und W-Phasen-Zweigreihenschaltung) parallel geschaltet sind.
  • In der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform wurde ein Beispiel für ein Ein-Gehäuse-Modul beschrieben, bei dem der IGBT (erstes Bauteil 21) und die Refluxdiode (zweites Bauteil 31) in einem Gehäuse untergebracht sind. Es kann jedoch auch ein Halbleitermodul des Ein-Gehäuse-Typs verwendet werden, bei dem ein oder eine Vielzahl von IGBTs und eine oder eine Vielzahl von Refluxdioden in einem Gehäuse untergebracht sind. In diesem Fall kann ein Halbleitermodul in einem Gehäuse verwendet werden, das die Halbbrückenschaltung, die H-Brückenschaltung oder die dreiphasige Wechselrichterschaltung aufweist.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann ein erstes Bauteil 21 mit den in 14 dargestellten Merkmalen verwendet werden. 14 ist eine Schnittansicht, die das erste Bauteil 21 gemäß dem ersten Beispiel zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 14 weist das erste Bauteil 21 den ersten Halbleiterchip 22, einen n-Typ-Pufferbereich 81, einen p-Typ-Kollektorbereich 82, einen p-Typ-Körperbereich 83, eine Vielzahl von Graben-Gate-Strukturen 84, eine Vielzahl von n-Typ-Emitterbereichen 85, eine Vielzahl von p-Typ-Kontaktbereichen 86, den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23, die Gate-Terminalelektrode 24 (nicht gezeigt), die Emitter-Terminalelektrode 25 und die Kollektor-Terminalelektrode 26 auf.
  • Der erste Halbleiterchip 22 besteht aus einem n-Typ Si-Chip 87 (Si-Substrat). Der Si-Chip 87 bildet einen Driftbereich 88 des IGBTs. Der Pufferbereich 81 weist eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration auf, die über der n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Driftbereichs 88 (Si-Chip 87) liegt. Der Pufferbereich 81 ist als eine Schicht in einem Oberflächenschichtabschnitt der ersten Nicht-Bauteilfläche 28 ausgebildet.
  • Der Kollektorbereich 82 ist als Schicht in einem Oberflächenschichtabschnitt des Pufferbereichs 81 auf der Seite der ersten Nicht-Bauteilfläche 28 ausgebildet. Der Kollektorbereich 82 bildet einen Kollektor des IGBTs. Der Körperbereich 83 ist als eine Schicht in einem Oberflächenschichtabschnitt der ersten Bauteilfläche 27 ausgebildet. Der Körperbereich 83 hat eine p-Typ Verunreinigungskonzentration, die geringer ist als eine p-Typ Verunreinigungskonzentration des Kollektorbereichs 82.
  • Die Vielzahl der Graben-Gate-Strukturen 84 sind in einem Abstand auf der ersten Bauteilfläche 27 ausgebildet. Jede der Vielzahl der Graben-Gate-Strukturen 84 weist einen Graben 89, einen Gate-Isolierfilm 90 und eine Gate-Elektrode 91 auf. Der Graben 89 führt durch den Körperbereich 83 und erreicht den Driftbereich 88. Der Gate-Isolierfilm 90 deckt eine Innenwand des Grabens 89 ab. Der Gate-Isolierfilm 90 kann Siliziumoxid aufweisen. Die Gate-Elektrode 91 ist in dem Graben 89 über dem Gate-Isolierfilm 90 vergraben. Die Gate-Elektrode 91 bildet ein Gate des IGBT. Die Gate-Elektrode 91 kann ein leitendes Polysilizium aufweisen.
  • Die Vielzahl von Emitterbereichen 85 sind jeweils in einem Bereich zwischen der Vielzahl von Graben-Gate-Strukturen 84 benachbart zueinander in einem Oberflächenschichtabschnitt des Körperbereichs 83 ausgebildet. Die Vielzahl der Emitterbereiche 85 bilden einen Emitter des IGBT. Der Emitterbereich 85 weist eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration auf, die die n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Driftbereichs 88 (Si-Chip 87) übersteigt.
  • Die Vielzahl von Emitterbereichen 85 sind jeweils in einem Bereich entlang der Vielzahl von Graben-Gate-Strukturen 84 ausgebildet und sind jeweils einer entsprechenden Gate-Elektrode 91 über einen entsprechenden Gate-Isolierfilm 90 gegenüber liegend angeordnet. Die Vielzahl der Emitterbereiche 85 definieren einen Kanalbereich 92 des IGBT mit dem Driftbereich 88 innerhalb des Körperbereichs 83.
  • Die Vielzahl von Kontaktregionen 86 sind jeweils in einem Bereich zwischen der Vielzahl von Graben-Gate-Strukturen 84 benachbart zueinander im Oberflächenschichtabschnitt des Körperbereichs 83 ausgebildet. Der Kontaktbereich 86 weist eine Verunreinigungskonzentration vom p-Typ auf, die höher ist als die Verunreinigungskonzentration vom p-Typ im Körperbereich 83. Bei dieser Ausführungsform ist die Vielzahl der Kontaktbereiche 86 jeweils in einem Bereich zwischen der Vielzahl der einander benachbarten Emitterbereiche 85 ausgebildet.
  • Der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 23 deckt die Vielzahl von Graben-Gate-Strukturen 84 auf der ersten Bauteilfläche 27 gemeinsam ab. Die Gate-Terminalelektrode 24 ist auf dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 ausgebildet. Die Gate-Terminalelektrode 24 durchdringt den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 und ist elektrisch mit der Gate-Elektrode 91 verbunden. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Gate-Elektrode 91 einen herausgeführten Abschnitt aufweist, der auf der ersten Bauteilfläche 27 herausgeführt ist, und die Gate-Terminalelektrode 24 mit dem herausgeführten Abschnitt der Gate-Elektrode 91 verbunden ist.
  • Die Emitter-Terminalelektrode 25 ist auf dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 in einem Abstand von der Gate-Terminalelektrode 24 ausgebildet. Die Emitter-Terminalelektrode 25 geht durch den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 hindurch und ist elektrisch mit dem Emitterbereich 85 und dem Kontaktbereich 86 verbunden.
  • Die Gate-Terminalelektrode 24 und die Emitter-Terminalelektrode 25 weisen jeweils eine Barriereelektrode 93 und eine Hauptelektrode 94 auf, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Bauteilfläche 27 aus gestapelt sind. Die Barriereelektrode 93 kann eine einschichtige Struktur aufweisen, die eine Titanschicht oder eine Titannitridschicht aufweist. Die Barriereelektrode 93 kann eine gestapelte Struktur aufweisen, die einen Titanfilm und eine Titannitridfilm in beliebiger Reihenfolge aufweist. Die Hauptelektrode 94 kann mindestens eine der folgenden aufweisen: eine reine Cu-Schicht (Cu-Schicht mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 99 %), eine reine Al-Schicht (Al-Schicht mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 99 %), eine AlSi-Legierungsschicht, eine AlCu-Legierungsschicht und eine AlSiCu-Legierungsschicht.
  • Die Kollektor-Terminalelektrode 26 deckt die erste Nicht-Bauteilfläche 28 ab und ist elektrisch mit dem Kollektorbereich 82 verbunden. Die Kollektor-Terminalelektrode 26 bildet einen ohmschen Kontakt mit dem Kollektorbereich 82. Die Kollektor-Terminalelektrode 26 kann mindestens eine der folgenden aufweisen: eine Ti-Schicht, eine Ni-Schicht, eine Pd-Schicht, eine Au-Schicht und eine Ag-Schicht.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann ein erstes Bauteil 21 mit den in 15 gezeigten Charakteristiken verwendet werden. 15 ist eine Schnittansicht, die das erste Bauteil 21 gemäß dem zweiten Beispiel zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 15 weist das erste Bauteil 21 den ersten Halbleiterchip 22, den n-Typ-Pufferbereich 81, den p-Typ-Kollektorbereich 82, die Vielzahl von p-Typ-Körperbereichen 83, die Vielzahl von n-Typ-Emitterbereichen 85, die Vielzahl von p-Typ-Kontaktbereichen 86, eine Vielzahl von flachen Gate-Strukturen 95, den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23, die Gate-Terminalelektrode 24 (nicht gezeigt), die Emitter-Terminalelektrode 25 und die Kollektor-Terminalelektrode 26 auf.
  • Der erste Halbleiterchip 22 ist aus einem n-Typ Si-Chip 87 (Si-Substrat) hergestellt. Der Si-Chip 87 bildet den Driftbereich 88 des IGBTs. Der Pufferbereich 81 weist eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration auf, die über der n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Driftbereichs 88 (Si-Chip 87) liegt. Der Pufferbereich 81 ist als Schicht in dem Oberflächenschichtabschnitt der ersten Nicht-Bauteilfläche 28 ausgebildet.
  • Der Kollektorbereich 82 ist als eine Schicht im Oberflächenschichtabschnitt des Pufferbereichs 81 auf der ersten Nicht-Bauteilfläche 28 ausgebildet. Der Kollektorbereich 82 bildet einen Kollektor des IGBTs. Die Vielzahl der Körperbereiche 83 sind als Schicht in einem Abstand im Oberflächenschichtabschnitt der ersten Bauteilfläche 27 ausgebildet. Der Körperbereich 83 hat eine p-Typ Verunreinigungskonzentration, die geringer ist als eine p-Typ Verunreinigungskonzentration des Kollektorbereichs 82.
  • Die Vielzahl von Emitterbereichen 85 sind in einem Oberflächenschichtabschnitt jedes der Körperbereiche 83 ausgebildet. Der Emitterbereich 85 bildet einen Emitter des IGBT. Der Emitterbereich 85 weist eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration auf, die über der n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Driftbereichs 88 (Si-Chip 87) liegt. Innerhalb eines entsprechenden Körperbereichs 83 ist die Vielzahl der Emitterbereiche 85 in einem Abstand von einem Randabschnitt des entsprechenden Körperbereichs 83 nach innen ausgebildet. Die Vielzahl von Emitterbereichen 85 definieren den Kanalbereich 92 des IGBT mit dem Driftbereich 88 innerhalb des Körperbereichs 83.
  • Die Vielzahl von Kontaktregionen 86 sind jeweils in einem Bereich zwischen der Vielzahl von Emitterregionen 85 benachbart zueinander in dem Oberflächenschichtabschnitt des Körperbereichs 83 ausgebildet. Der Kontaktbereich 86 weist eine Verunreinigungskonzentration vom p-Typ auf, die höher ist als die Verunreinigungskonzentration vom p-Typ im Körperbereich 83.
  • Die Vielzahl flacher Gate-Strukturen 95 sind in einem Abstand auf der ersten Bauteilfläche 27 ausgebildet. Die Vielzahl der flachen Gate-Strukturen 95 weisen eine gestapelte Struktur auf, die den Gate-Isolierfilm 90 und die Gate-Elektrode 91 aufweist, die in dieser Reihenfolge auf der ersten Bauteilfläche 27 ausgebildet sind. Der Gate-Isolierfilm 90 ist über zwei benachbarten Körperbereichen 83 ausgebildet, um einen entsprechenden Kanalbereich 92 abzudecken. Der Gate-Isolierfilm 90 kann Siliziumoxid aufweisen.
  • Die Gate-Elektrode 91 liegt dem Kanalbereich 92 des IGBT über der Gate-Isolierschicht 90 hinweg gegenüber. Die Gate-Elektrode 91 bildet ein Gate des IGBT. Insbesondere steht die Gate-Elektrode 91 dem Drift-Bereich 88, dem Body-Bereich 83 und dem Emitter-Bereich 85 über die Gate-Isolierschicht 90 hinüber gegenüber. Die Gate-Elektrode 91 kann ein leitendes Polysilizium aufweisen.
  • Der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 23 deckt gemeinsam die Vielzahl der flachen Gate-Strukturen 95 auf der ersten Bauteilfläche 27 ab. Die Gate-Terminalelektrode 24 ist auf dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 ausgebildet. Die Gate-Terminalelektrode 24 geht durch den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 hindurch und ist elektrisch mit der Gate-Elektrode 91 verbunden. Die Emitter-Terminalelektrode 25 ist auf dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 in einem Abstand von der Gate-Terminalelektrode 24 ausgebildet. Die Emitter-Terminalelektrode 25 geht durch den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 23 hindurch und ist elektrisch mit dem Emitterbereich 85 und dem Kontaktbereich 86 verbunden.
  • Die Gate-Terminalelektrode 24 und die Emitter-Terminalelektrode 25 weisen jeweils die Barriereelektrode 93 und die Hauptelektrode 94 auf, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Bauteilfläche 27 aus gestapelt sind. Die Barriereelektrode 93 kann eine einschichtige Struktur aufweisen, die einen Titanfilm oder einen Titannitridfilm aufweist. Die Barriereelektrode 93 kann eine gestapelte Struktur aufweisen, die einen Titanfilm und einen Titannitridfilm in beliebiger Reihenfolge aufweist. Die Hauptelektrode 94 kann mindestens eine der folgenden aufweisen: eine reine Cu-Schicht (Cu-Schicht mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 99 %), eine reine Al-Schicht (Al-Schicht mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 99 %), eine AlSi-Legierungsschicht, eine AlCu-Legierungsschicht und eine AlSiCu-Legierungsschicht.
  • Die Kollektor-Terminalelektrode 26 deckt die erste Nicht-Bauteilfläche 28 ab und ist elektrisch mit dem Kollektorbereich 82 verbunden. Die Kollektor-Temrinalelektrode 26 bildet einen ohmschen Kontakt mit dem Kollektorbereich 82. Die Kollektor-Terminalelektrode 26 kann mindestens eine der folgenden aufweisen: eine Ti-Schicht, eine Ni-Schicht, eine Pd-Schicht, eine Au-Schicht und eine Ag-Schicht.
  • Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen kann ein zweites Bauteil 31 mit den in 16 gezeigten Charakteristiken verwendet werden. 16 ist eine Schnittansicht, die das zweite Bauteil 31 gemäß einem Beispiel zeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 16 weist das zweite Bauteil 31 den zweiten Halbleiterchip 32, einen n-Typ-Diodenbereich 101, einen p-Typ-Schutzbereich 102, den zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 33, die Anoden-Terminalelektrode 34 und die Kathoden-Terminalelektrode 35 auf.
  • Der zweite Halbleiterchip 32 ist aus einem SiC-Chip 103 hergestellt, der aus hexagonalem Kristall-SiC gebildet ist. Der SiC-Chip 103 ist aus 2H (Hexagonal)-SiC, 4H-SiC oder 6H-SiC hergestellt. Vorzugsweise ist der SiC-Chip 103 aus 4H-SiC hergestellt. Die zweite Bauteilfläche 37 kann einer Siliziumebene von SiC ((0001)-Ebene) zugewandt sein, und die zweite Nicht-Bauteilfläche 38 kann einer Kohlenstoffebene von SiC ((000-1)-Ebene) zugewandt sein.
  • Die zweite Bauteilfläche 37 und die zweite Nicht-Bauteilfläche 38 können einen vorbestimmten Off-Winkel aufweisen, der in einer vorbestimmten Off-Richtung in Bezug auf die c-Ebene von SiC geneigt ist. Die Off-Richtung ist vorzugsweise eine Richtung der a-Achse ([11-20]-Richtung). Der Off-Winkel darf nicht weniger als 0° und nicht mehr als 10° betragen. Der Off-Winkel ist vorzugsweise größer als 0° und nicht größer als 4,5°.
  • Konkret weist der SiC-Chip 103 (zweiter Halbleiterchip 32) eine gestapelte Struktur auf, die ein n+-Typ SiC-Substrat 104 und eine n-Typ SiC-Epitaxieschicht 105 aufweist. Die n-Typ-Verunreinigungskonzentration der SiC-Epitaxieschicht 105 ist geringer als die n-Typ-Verunreinigungskonzentration des SiC-Substrats 104. Die Dicke der SiC-Epitaxieschicht 105 ist geringer als die Dicke des SiC-Substrats 104. Die Dicke des SiC-Substrats 104 kann nicht weniger als 40 µm und nicht mehr als 250 µm betragen. Die Dicke der SiC-Epitaxieschicht 105 kann nicht weniger als 1 µm und nicht mehr als 50 µm betragen.
  • Der Diodenbereich 101 ist in einem Oberflächenschichtabschnitt der zweiten Bauteilfläche 37 ausgebildet. Der Diodenbereich 101 ist in einem zentralen Abschnitt der zweiten Bauteilfläche 37 ausgebildet. Eine flache Form des Diodenbereichs 101 ist willkürlich. Bei dieser Ausführungsform wird der Diodenbereich 101 durch Verwendung eines Teils der SiC-Epitaxieschicht 105 gebildet.
  • Eine n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Diodenbereichs 101 ist gleich einer n-Typ-Verunreinigungskonzentration der SiC-Epitaxieschicht 105. Die n-Typ-Verunreinigungskonzentration des Diodenbereichs 101 kann die n-Typ-Verunreinigungskonzentration der SiC-Epitaxieschicht 105 überschreiten. In diesem Fall wird der Diodenbereich 101 durch Einbringen einer n-Typ-Verunreinigung in einen Oberflächenschichtabschnitt der SiC-Epitaxieschicht 105 gebildet.
  • Der Schutzbereich 102 ist in dem Oberflächenschichtabschnitt der zweiten Bauteilfläche 37 so ausgebildet, dass er den Diodenbereich 101 abgrenzt. Der Schutzbereich 102 ist in einer Bandform ausgebildet, die sich in Draufsicht entlang des Diodenbereichs 101 erstreckt. Insbesondere ist der Schutzbereich 102 in einer Ringform (insbesondere in einer Endlosform) ausgebildet, die den Diodenbereich 101 in der Draufsicht umgibt. Dabei ist der Schutzbereich 102 als ein Schutzringbereich ausgebildet. Eine flache Form des Diodenbereichs 101 wird durch eine flache Form des Schutzbereichs 102 eingestellt. Der Schutzbereich 102 kann eine polygonale Ringform oder eine kreisförmige Ringform in der Draufsicht aufweisen.
  • Der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 33 ist auf der zweiten Bauteilfläche 37 ausgebildet. Der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 33 weist eine Kontaktöffnung 106 auf, die den Bereich der Diode 101 freilegt. Die Kontaktöffnung 106 legt auch einen inneren Umfangsrand des Schutzbereichs 102 frei. Eine flache Form der Kontaktöffnung 106 ist willkürlich.
  • Die Anoden-Terminalelektrode 34 tritt von oberhalb des zweiten Zwischenschicht-Isolierfilms 33 in die Kontaktöffnung 106 ein. Die Anoden-Terminalelektrode 34 ist mit dem Diodenbereich 101 und dem Schutzbereich 102 innerhalb der Kontaktöffnung 106 verbunden. Die Anoden-Terminalelektrode 34 bildet einen Schottky-Übergang mit dem Diodenbereich 101. Dadurch wird ein SiC-SBD gebildet, das die Anoden-Terminalelektrode 34 als Anode und den SiC-Chip 103 (zweiter Halbleiterchip 32) als Kathode hat.
  • Insbesondere weist die Anoden-Terminalelektrode 34 eine gestapelte Struktur auf, die eine Barriereelektrode 107 und eine Hauptelektrode 108 aufweist, die in dieser Reihenfolge von der Seite der zweiten Bauteilfläche 37 gestapelt sind. Die Barriereelektrode 107 bildet einen Schottky-Übergang mit dem Diodenbereich 101. Die Barriereelektrode 107 kann mindestens eine der folgenden aufweisen: eine Ti-Schicht, eine Pd-Schicht, eine Cr-Schicht, eine V-Schicht, eine Mo-Schicht, eine W-Schicht, eine Pt-Schicht und eine Ni-Schicht. Die Hauptelektrode 108 kann mindestens eine der folgenden Schichten aufweisen: eine reine Cu-Schicht (Cu-Schicht mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 99 %), eine reine Al-Schicht (Al-Schicht mit einem Reinheitsgrad von nicht weniger als 99 %), eine AlSi-Legierungsschicht, eine AlCu-Legierungsschicht und eine AlSiCu-Legierungsschicht.
  • Die Kathoden-Terminalelektrode 35 deckt die zweite Nicht-Bauteilfläche 38 ab und ist elektrisch mit dem SiC-Substrat 104 verbunden. Die Kathoden-Terminalelektrode 35 bildet einen ohmschen Kontakt mit dem SiC-Substrat 104. Die Kathoden-Terminalelektrode 35 kann mindestens eine der folgenden aufweisen: eine Ti-Schicht, eine Ni-Schicht, eine Pd-Schicht, eine Au-Schicht und eine Ag-Schicht.
  • Beispiele von Merkmalen, die aus dieser Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehen, sind im Folgenden aufgeführt. Die folgenden [A1] bis [A12] stellen ein Halbleitermodul bereit, das einen IGBT und eine Refluxdiode aufweist und in der Lage ist, einen Rückwärts-Stoßwiderstand zu erhöhen.
  • [A1] Ein Halbleitermodul, das ein erstes Bauteil mit einem IGBT aufweist; und ein zweites Bauteil mit einer Refluxdiode, die antiparallel zu dem IGBT geschaltet bzw. mit dem IGBT verbunden ist, die eine Vorwärts-Schwellenspannung aufweist, die kleiner ist als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT, und die eine Vorwärts-Durchbruchsspannung aufweist, die größer ist als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT.
  • [A2] Das Halbleitermodul nach A1, wobei in dem IGBT ein Rückstrom fließt, bevor eine Vorwärtsspannung der Refluxdiode die Vorwärts-Durchbruchspannung erreicht.
  • [A3] Das Halbleitermodul nach A1 oder A2, wobei der Rückwärtsstrom in den IGBT fließt, wenn die Vorwärtsspannung der Refluxdiode nicht kleiner wird als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT.
  • [A4] Das Halbleitermodul nach einem der A1 bis A3, wobei der in dem IGBT fließende Rückwärtsstrom nicht größer ist als ein in der Refluxdiode fließender Vorwärtsstrom.
  • [A5] Das Halbleitermodul nach einem der A1 bis A4, wobei die Vorwärts-Durchbruchsspannung der Refluxdiode nicht mehr als das Zweifache der Rückwärts-Stehspannung des IGBT beträgt.
  • [A6] Das Halbleitermodul nach einem der A1 bis A5, wobei ein Spitzenstoß-Vorwärtsstrom einer kombinierten Struktur des IGBT und der Refluxdiode über einem Wert eines Spitzenstoß-Vorwärtsstroms nur der Refluxdiode liegt.
  • [A7] Das Halbleitermodul nach einem der A1 bis A6, wobei die Refluxdiode aus einer Schottky-Barrierediode hergestellt ist bzw. aus dieser besteht.
  • [A8] Das Halbleitermodul nach einem der A1 bis A7, wobei der IGBT eine vertikale Struktur hat und die Refluxdiode eine vertikale Struktur hat
  • [A9] Das Halbleitermodul nach einem der A1 bis A8, in dem der IGBT aus einem Graben-Gate-Typ hergestellt ist bzw. aus diesem besteht.
  • [A10] Das Halbleitermodul nach einem der A1 bis A9, wobei das erste Bauteil einen ersten Halbleiterchip aufweist, in dem der IGBT ausgebildet ist, und das zweite Bauteil einen zweiten Halbleiterchip aufweist, in dem die Refluxdiode ausgebildet ist und der einen anderen Halbleiter als der des ersten Bauteils aufweist.
  • [A11] Das Halbleitermodul nach A10, wobei der erste Halbleiterchip Si aufweist und der zweite Halbleiterchip einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist.
  • [A12] Das Halbleitermodul nach A10 oder A11, wobei der zweite Halbleiterchip SiC oder GaN aufweist.
  • Die vorliegende Anmeldung entspricht der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-235147 , die am 25. Dezember 2019 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde, und die gesamte Offenbarung dieser Anmeldung ist hier durch Bezugnahme mitaufgenommen. Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, handelt es sich hierbei lediglich um spezifische Beispiele, die zur Verdeutlichung des technischen Inhalts der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und die vorliegende Erfindung sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie auf diese spezifischen Beispiele beschränkt ist, und der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nur durch die beigefügten Ansprüche zu begrenzen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitermodul
    2
    Gehäuse-Hauptkörper
    21
    Erstes Bauteil
    23
    Erster Halbleiterchip
    31
    Zweites Bauteil
    32
    Zweiter Halbleiterchip
    51
    Halbleitermodul
    52
    Gehäuse-Hauptteil
    IEC
    Rückwärtsstrom
    IF
    Vorwärtsstrom
    IFSM
    Spitzenstoß-Vorwärtsstrom
    VF
    Vorwärtsspannung
    VFB
    Vorwärts-Durchbruchsspannung
    VRB
    Rückwärts-Stehspannung
    Vth
    Vorwärts-Schwellenspannung
  • 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
    • WO 2011/086705 A1 [0003]
    • JP 2019235147 [0160]

Claims (12)

  1. Halbleitermodul, aufweisend: ein erstes Bauteil, das einen IGBT aufweist; und ein zweites Bauteil mit einer Reflux-Diode, die antiparallel mit dem IGBT verbunden ist, die eine Vorwärts-Schwellenspannung aufweist, die kleiner ist als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT, und die eine Vorwärts-Durchbruchsspannung aufweist, die größer ist als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei in dem IGBT ein Rückwärtsstrom fließt, bevor eine Vorwärtsspannung der Refluxdiode die Durchbruchs-Vorwärts-Durchbruchsspannung erreicht.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Rückwärtsstrom in den IGBT fließt, wenn die Vorwärtsspannung der Refluxdiode nicht kleiner wird als die Rückwärts-Stehspannung des IGBT.
  4. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der in dem IGBT fließende Rückwärtsstrom nicht größer ist als ein in der Refluxdiode fließender Vorwärtsstrom.
  5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorwärts-Durchbruchsspannung der Refluxdiode nicht mehr als das Zweifache der Rückwärts-Stehspannung des IGBT beträgt.
  6. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Spitzenstoß-Vorwärtsstrom einer kombinierten Struktur aus dem IGBT und der Refluxdiode größer ist als ein Wert eines Spitzenstoß-Vorwärtsstroms nur der Refluxdiode liegt.
  7. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Refluxdiode aus einer Schottky-Barrierediode besteht.
  8. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der IGBT eine vertikale Struktur aufweist, und die Refluxdiode eine vertikale Struktur hat.
  9. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der IGBT aus einem Graben-Gate-Typ besteht.
  10. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Bauteil einen ersten Halbleiterchip aufweist, in dem der IGBT ausgebildet ist, und das zweite Bauteil einen zweiten Halbleiterchip aufweist, in dem die Refluxdiode ausgebildet ist und der einen anderen Halbleiter als der des ersten Bauteils aufweist.
  11. Halbleitermodul nach Anspruch 10, wobei der erste Halbleiterchip Si aufweist, und der zweite Halbleiterchip einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist.
  12. Halbleitermodul nach Anspruch 10 oder 11, wobei der zweite Halbleiterchip SiC oder GaN aufweist.
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