DE112021004521T5 - Leistungshalbleitervorrichtung, leistungsumsetzungsvorrichtung und elektrisches system - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung, leistungsumsetzungsvorrichtung und elektrisches system Download PDF

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Takahiro Araki
Takeshi Tokuyama
Shigehisa Aoyagi
Noriyuki Maekawa
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Hitachi Astemo Ltd
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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung enthält: ein Substrat, in dem eine Verdrahtung einer positiven Elektrode, die mit einem ersten Leiter auf einer Seite des hohen Potentials verbunden ist, und eine Verdrahtung einer negativen Elektrode, die mit einem vierten Leiter auf einer Seite des tiefen Potentials verbunden ist, auf einer Oberfläche vorgesehen sind, und eine Ausgangsverdrahtung, die mit einem zweiten Leiter und einem dritten Leiter verbunden ist, auf der anderen Oberfläche vorgesehen ist, so dass sie der Verdrahtung der positiven Elektrode und der Verdrahtung der negativen Elektrode zugewandt ist; und einen ersten Kondensator, der die Gleichstromleistung glättet, die einem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und einem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs zugeführt wird. Das Substrat ist zwischen dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs angeordnet. Der erste Kondensator ist zwischen dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs angeordnet und ist mit der Verdrahtung der positiven Elektrode und der Verdrahtung der negativen Elektrode auf dem Substrat verbunden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung und ein elektrisches System.
  • Technischer Hintergrund
  • Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung enthält einen Kondensator zum Glätten von Gleichstromleistung und ein Schaltelement zum Umsetzen eines Gleichstroms in einen Wechselstrom. Zum Zeitpunkt des Schaltens des Schaltelements wird eine Stoßspannung proportional zur Induktivität des Verdrahtungswegs zusammen mit einer schnellen Änderung des Stroms erzeugt, so dass die Induktivität des Verdrahtungswegs verringert werden muss.
  • PTL 1 offenbart ein Halbleitermodul, das eine dreiphasige Wechselrichterschaltung bildet, die einen oberen Zweig und einen unteren Zweig für drei Phasen enthält, wobei das Halbleitermodul eine mehrschichtige Verdrahtungs-Sammelschiene enthält, in der eine Ausgangsverdrahtungsschicht durch Laminieren einer U-Phasen-Verdrahtungsschicht, einer V-Phasen-Verdrahtungsschicht und einer W-Phasen-Verdrahtungsschicht konfiguriert ist, die mit dazwischenliegenden Potentialpunkten des oberen Zweigs und des unteren Zweigs jeder der drei Phasen verbunden sind.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2015-211524 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In der Vorrichtung der PTL 1 wird der Verdrahtungsweg, der den Kondensator enthält, nicht berücksichtigt, wobei der Verdrahtungsweg lang wird und die Induktivität des Verdrahtungsweges nicht verringert werden kann.
  • Lösung des Problems
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungshalbleitervorrichtung, die einen ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs, der durch Einbetten eines ersten Schaltelements, das eine Schaltung des oberen Zweigs bildet, zwischen einem ersten Leiter und einem zweiten Leiter konfiguriert ist; und einen ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs, der durch Einbetten eines zweiten Schaltelements, das eine Schaltung des unteren Zweigs bildet, zwischen einem dritten Leiter und einem vierten Leiter konfiguriert ist, enthält, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung enthält: ein Substrat, in dem eine Verdrahtung einer positiven Elektrode, die mit dem ersten Leiter auf einer Seite des hohen Potentials verbunden ist, und eine Verdrahtung einer negativen Elektrode, die mit dem vierten Leiter auf einer Seite des tiefen Potentials verbunden ist, auf einer Oberfläche vorgesehen sind, und eine Ausgangsverdrahtung, die mit dem zweiten Leiter und dem dritten Leiter verbunden ist, auf der anderen Oberfläche vorgesehen ist, so dass sie der Verdrahtung der positiven Elektrode und der Verdrahtung der negativen Elektrode zugewandt ist; und einen ersten Kondensator, der die dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs zugeführte Gleichstromleistung glättet, wobei das Substrat zwischen dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs angeordnet ist und der erste Kondensator zwischen dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs angeordnet ist und mit der Verdrahtung der positiven Elektrode und der Verdrahtung der negativen Elektrode auf dem Substrat verbunden ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Induktivität des Verdrahtungsweges verringert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
    • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Hauptabschnitts eines ersten Schaltungskörpers des oberen Zweigs der Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 3 ist ein Stromlaufplan der Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Stirnfläche eines Substrats der Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Rückseite eines Substrats der Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 6 ist ein Verdrahtungsplan einer Stirnfläche eines Substrats der Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 7 ist ein Verdrahtungsplan einer Rückseite eines Substrats der Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung.
    • 9 ist ein Stromlaufplan der Leistungsumsetzungsvorrichtung.
    • 10 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines elektrischen Systems.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen sind Beispiele zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung, wobei sie um der Klarheit der Beschreibung willen gegebenenfalls weggelassen und vereinfacht sind. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden. Wenn es nicht anders spezifiziert ist, kann sich jede Komponente in der Einzahl oder in der Mehrzahl befinden.
  • Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen der in den Zeichnungen veranschaulichten Komponenten können die tatsächlichen Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen nicht repräsentieren, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Deshalb ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die in den Zeichnungen offenbarte Position, Größe, Form, Bereich und dergleichen eingeschränkt.
  • In einem Fall, in dem es mehrere Komponenten mit den gleichen oder ähnlichen Funktionen gibt, können die gleichen Bezugszeichen zur Beschreibung mit unterschiedlichen tiefgestellten Zeichen versehen sein. In einem Fall, in dem es jedoch nicht notwendig ist, die mehreren Komponenten zu unterscheiden, kann die Beschreibung erfolgen, während das tiefgestellte Zeichen weggelassen ist.
  • [Erste Ausführungsform]
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung 100. Diese Querschnittsansicht ist eine entlang der Linie X-X in einer perspektivischen Ansicht der in 4 veranschaulichten Leistungshalbleitervorrichtung 100, die später beschrieben wird, genommene Querschnittsansicht.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100 enthält einen ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, der durch Einbetten eines ersten Schaltelements 101, das eine Schaltung des oberen Zweigs bildet, zwischen einem ersten Leiter 111 und einem zweiten Leiter 112 konfiguriert ist, und einen ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs, der durch Einbetten eines zweiten Schaltelements 102, das eine Schaltung des unteren Zweigs bildet, zwischen einem dritten Leiter 113 und einem vierten Leiter 114 konfiguriert ist.
  • Die positive Elektrode des ersten Schaltelements 101 ist durch ein Lot oder dergleichen mit dem ersten Leiter 111 verbunden, während die negative Elektrode durch ein Lot oder dergleichen mit dem zweiten Leiter 112 verbunden ist. Der erste Leiter 111 und der zweite Leiter 112 bestehen aus einem Leiter, wie z. B. Kupfer oder Aluminium.
  • Die positive Elektrode des zweiten Schaltelements 102 ist durch ein Lot oder dergleichen mit dem dritten Leiter 113 verbunden, während die negative Elektrode durch ein Lot oder dergleichen mit dem vierten Leiter 114 verbunden ist. Der dritte Leiter 113 und der vierte Leiter 114 bestehen aus einem Leiter, wie z. B. Kupfer oder Aluminium.
  • Ein Substrat 120 ist zwischen dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs angeordnet. Das Substrat 120 ist isolierend und besteht aus Harz oder Keramik.
  • Eine Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, die mit dem ersten Leiter 111 auf der Seite des hohen Potentials verbunden ist, und eine Verdrahtung 122 der negativen Elektrode, die mit dem vierten Leiter 114 auf der Seite des tiefen Potentials verbunden ist, sind auf einer Oberfläche (einer Oberseite der Figur, die im Folgenden als eine Stirnfläche bezeichnet wird) des Substrats 120 vorgesehen. Eine Ausgangsverdrahtung 123, die mit dem zweiten Leiter 112 und dem dritten Leiter 113 verbunden ist, ist auf der anderen Oberfläche (einer Unterseite der Figur, die im Folgenden als eine Rückseite bezeichnet wird) des Substrats 120 vorgesehen, so dass sie der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode zugewandt ist. Das heißt, die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode und die Ausgangsverdrahtung 123 sind auf die Vorderseite und die Rückseite des Substrats 120 laminiert. Die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode und die Ausgangsverdrahtung 123 sind mit dem Substrat 120 verbunden und sind durch Ätzen oder dergleichen auf dem Substrat 120 in einem Muster ausgebildet. Ein Ausgangsanschlussleiter 125 ist mit der Ausgangsverdrahtung 123 verbunden.
  • Der erste Leiter 111 ist durch ein Lot oder dergleichen mit der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode verbunden, der zweite Leiter 112 ist durch ein Lot oder dergleichen mit der Ausgangsverdrahtung 123 verbunden, der dritte Leiter 113 ist durch ein Lot oder dergleichen mit der Ausgangsverdrahtung 123 verbunden, und der vierte Leiter 114 ist durch ein Lot oder dergleichen mit der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode verbunden.
  • Ein erster Kondensator 130 ist zwischen dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs angeordnet, wobei ein Anschluss auf einer Seite der positiven Elektrode des ersten Kondensators 130 mit der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode auf dem Substrat 120 verbunden ist, während ein Anschluss auf einer Seite der negativen Elektrode des ersten Kondensators 130 durch ein Lot oder dergleichen mit der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode auf dem Substrat 120 verbunden ist. Der erste Kondensator 130 glättet die dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs zugeführte Gleichstromleistung. Als der erste Kondensator 130 wird ein kompakter Kondensator mit einer hohen Wärmebeständigkeit, wie z. B. ein Keramikkondensator oder ein Filmkondensator, verwendet.
  • Ein Spalt zwischen dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs, dem Substrat 120 und dem ersten Kondensator 130 ist mit einem Pressharz gefüllt. Das heißt, der erste Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, der erste Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs, das Substrat 120 und der erste Kondensator 130 sind mit einem Pressharz versiegelt.
  • Auf den Oberflächen des ersten Leiters 111 und des vierten Leiters 114, die den dem ersten Schaltelement 101 und dem zweiten Schaltelement 102 zugewandten Oberflächen gegenüberliegen, ist über einen Isolator 141 ein erster Kühler 151 vorgesehen. Obwohl im ersten Kühler 151 nur die Kühlrippe veranschaulicht ist, ist die Kühlrippe durch ein (nicht veranschaulichtes) Gehäuse abgedeckt, wobei im Inneren ein Kältemittel, wie z. B. Luft oder Kühlwasser, strömt.
  • Auf den Oberflächen des zweiten Leiters 112 und des dritten Leiters 113, die den dem ersten Schaltelement 101 und dem zweiten Schaltelement 102 zugewandten Oberflächen gegenüberliegen, ist über einen Isolator 142 ein zweiter Kühler 152 vorgesehen. Obwohl im zweiten Kühler 152 nur die Kühlrippe veranschaulicht ist, ist die Kühlrippe durch ein (nicht veranschaulichtes) Gehäuse abgedeckt, wobei im Inneren ein Kältemittel, wie z. B. Luft oder Kühlwasser, strömt.
  • Die Isolatoren 141 und 142 bestehen aus Keramik oder einer Harzplatte. Eine wärmeableitende Fettschicht, wie z. B. Silikonfett, kann auf beiden Seiten oder einer Seite der Isolatoren 141 und 142 hinzugefügt sein.
  • Die Kühlrippen des ersten Kühlers 151 und des zweiten Kühlers 152 bestehen aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer oder Aluminium. Der erste Kühler 151 und der zweite Kühler 152 können durch das Bilden von Kühlrippen und Unregelmäßigkeiten die Oberfläche vergrößern und die Kühlleistung verbessern.
  • Die Oberseite des ersten Kondensators 130 ist tiefer als die Oberseiten des ersten Leiters 111 und des vierten Leiters 114 festgelegt. Mit anderen Worten, der Isolator 141 ist in engen Kontakt mit den Oberseiten des ersten Leiters 111 und des vierten Leiters 114 vorgesehen, wobei der erste Kühler 151 ferner über den Isolator 141 vorgesehen ist, wobei aber ein Spalt zwischen der Oberseite des ersten Kondensators 130 und dem Isolator 141 vorgesehen ist. Deshalb kann der erste Kühler 151 ohne Störung des ersten Kondensators 130 in engen Kontakt mit den Oberseiten des ersten Leiters 111 und des vierten Leiters 114 gebracht werden, selbst wenn die Unterseite des ersten Kühlers 151 einige Unregelmäßigkeiten aufweist. Im Ergebnis wird der erste Kühler 151 einfach gebildet, wobei die Kühlleistung außerdem verbessert ist. Der Spalt zwischen der Oberseite des ersten Kondensators 130 und dem Isolator 141 ist mit einem Pressharz gefüllt.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, der erste Kondensator 130 auf dem Substrat 120 und der erste Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs in einer Geraden angeordnet. Dann sind die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode auf der Stirnfläche des Substrats 120 vorgesehen, während die Ausgangsverdrahtung 123 auf der Rückseite des Substrats 120 vorgesehen ist, d. h., die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode und die Ausgangsverdrahtung 123 sind so vorgesehen, dass sie einander zugewandt sind, mit anderen Worten, dass sie laminiert sind.
  • 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Hauptabschnitts des ersten Schaltungskörpers 110U des oberen Zweigs der Leistungshalbleitervorrichtung 100.
  • Eine Steuersignalverdrahtung 124 ist von der Gate-Elektrode des ersten Schaltelements 101 herausgeführt. Eine Oberseite in der Figur des ersten Schaltelements 101 ist eine Emitterelektrode, während eine Unterseite in der Figur eine Kollektorelektrode ist. Obwohl dies in 1 nicht veranschaulicht ist, ist die Emitterelektrode des ersten Schaltelements 101 über ein Verbindungsmaterial 101D, wie z. B. ein Lot, mit dem ersten Leiter 111 verbunden. Die Kollektorelektrode des ersten Schaltelements 101 ist über das Verbindungsmaterial 101D mit dem zweiten Leiter 112 verbunden.
  • Der erste Leiter 111 weist einen Verbindungsanschluss 111E auf, der mit der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode auf dem Substrat 120 verbunden ist. Der zweite Leiter 112 weist einen Verbindungsanschluss 112C auf, der mit der Ausgangsverdrahtung 123 auf dem Substrat 120 verbunden ist. Hier sind der Verbindungsanschluss 111E und der Verbindungsanschluss 112C in einem weiten Bereich mit der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und der Ausgangsverdrahtung 123 auf dem Substrat 120 verbunden.
  • 3 ist ein Stromlaufplan der Leistungshalbleitervorrichtung 100.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100 enthält das erste Schaltelement 101, das eine Schaltung des oberen Zweigs bildet, das zweite Schaltelement 102, das eine Schaltung des unteren Zweigs bildet, und den ersten Kondensator 130, der parallel zwischen der Schaltung des oberen Zweigs und der Schaltung des unteren Zweigs angeordnet ist. Die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode ist mit der Schaltung des oberen Zweigs verbunden, die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode ist mit der Schaltung des unteren Zweigs verbunden und ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten Schaltelement 101 und dem zweiten Schaltelement 102 ist mit der Ausgangsverdrahtung 123 verbunden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 100 enthält ferner ein drittes Schaltelement 103, das eine Schaltung des oberen Zweigs bildet und zu dem ersten Schaltelement 101 parallelgeschaltet ist, ein viertes Schaltelement 104, das eine Schaltung des unteren Zweigs bildet und zu dem zweiten Schaltelement 102 parallelgeschaltet ist, und einen zweiten Kondensator 131, der parallel zwischen der Schaltung des oberen Zweigs und der Schaltung des unteren Zweigs angeordnet ist. Die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode ist mit der Schaltung des oberen Zweigs verbunden, die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode ist mit der Schaltung des unteren Zweigs verbunden und ein Verbindungspunkt zwischen dem dritten Schaltelement 103 und dem vierten Schaltelement 104 ist mit der Ausgangsverdrahtung 123 verbunden.
  • Die nicht veranschaulichte Steuersignalverdrahtung 124 (siehe 2) ist von den Gate-Elektroden des ersten Schaltelements 101 und des vierten Schaltelements 104 abgeleitet.
  • Das erste Schaltelement 101 und das vierte Schaltelement 104 sind Leistungshalbleiterelemente einschließlich IGBTs, MOSFETs oder dergleichen. Das zweite Schaltelement 102 und das dritte Schaltelement 103 sind Dioden.
  • Der in 3 veranschaulichte Stromlaufplan veranschaulicht eine Phase der Leistungshalbleitervorrichtung 100, die als ein Wechselrichter zum Antreiben eines Motors verwendet wird. In diesem Fall können in der Leistungshalbleitervorrichtung 100 wenigstens das erste Schaltelement 101, das zweite Schaltelement 102 und der erste Kondensator 130 als eine Phase konfiguriert sein.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Stirnfläche des Substrats 120 der Leistungshalbleitervorrichtung 100. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Rückseite des Substrats 120 der Leistungshalbleitervorrichtung 100. Diese Figuren veranschaulichen einen Zustand, in dem der erste Kühler 151 und der zweite Kühler 152 entfernt sind.
  • Der erste Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, auf dem das erste Schaltelement 101 angebracht ist, ist über die auf dem Substrat 120 vorgesehene Ausgangsverdrahtung 123 mit dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs, auf dem das zweite Schaltelement 102 angebracht ist, in Reihe geschaltet.
  • Der zweite Schaltungskörper 210U des oberen Zweigs, auf dem das dritte Schaltelement 103 angebracht ist, ist über die auf dem Substrat 120 vorgesehene Ausgangsverdrahtung 123 mit dem zweiten Schaltungskörper 210L des unteren Zweigs, auf dem das vierte Schaltelement 104 angebracht ist, in Reihe geschaltet.
  • Der erste Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, auf dem das erste Schaltelement 101 angebracht ist, ist über eine auf dem Substrat 120 vorgesehene Verdrahtung zu dem zweiten Schaltungskörper 210U des oberen Zweigs, auf dem das dritte Schaltelement 103 angebracht ist, parallelgeschaltet. Der erste Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs, auf dem das zweite Schaltelement 102 angebracht ist, ist über eine auf dem Substrat 120 vorgesehene Verdrahtung zu dem zweiten Schaltungskörper 210L des unteren Zweigs, auf dem das vierte Schaltelement 104 angebracht ist, parallelgeschaltet.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, ist der erste Kondensator 130 zwischen dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs angeordnet. Wie in 5 veranschaulicht ist, ist der zweite Kondensator 131 zwischen dem zweiten Schaltungskörper 210U des oberen Zweigs und dem zweiten Schaltungskörper 210L des unteren Zweigs angeordnet.
  • Die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode ist zur Stirnfläche des Substrats 120 herausgeführt, wie in 4 veranschaulicht ist, während die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode zur Rückseite des Substrats 120 herausgeführt ist, wie in 5 veranschaulicht ist.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, sind die Steuersignalverdrahtung 124 des ersten Schaltelements 101, das den ersten Schaltungskörper 101U des oberen Zweigs bildet, und die Steuersignalverdrahtung 124 des vierten Schaltelements 104, das den zweiten Schaltungskörper 210L des unteren Zweigs bildet, auf derselben Oberfläche des Substrats 120 angeordnet, so dass sie in derselben Richtung orientiert sind. Folglich kann das Drahtbonden mit der Steuersignalverdrahtung 124 einfach ausgeführt werden.
  • 6 ist ein Verdrahtungsplan der Stirnfläche des Substrats 120 der Leistungshalbleitervorrichtung 100. 7 ist ein Verdrahtungsplan der Rückseite des Substrats 120 der Leistungshalbleitervorrichtung 100.
  • Das Substrat 120 ist mit den Durchgangslöchern 110UH und 110LH versehen, in denen der erste Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs bzw. der erste Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs angeordnet sind, und ist ferner mit den Durchgangslöchern 210UH und 210LH versehen, in denen der zweite Schaltungskörper 210U des oberen Zweigs und der zweite Schaltungskörper 210L des unteren Zweigs angeordnet sind.
  • Die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode, die Ausgangsverdrahtung 123 und die Steuersignalverdrahtung 124 sind auf der Isolierschicht des Substrats 120 durch Ätzen oder dergleichen in einem Muster ausgebildet. Das Substrat 120 ist mit einer Durchgangsloch-Durchkontaktierung 126 versehen, wobei die Verdrahtungen der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode, der Ausgangsverdrahtung 123 und der Steuersignalverdrahtung 124 zwischen der Stirnfläche und der Rückseite des Substrats 120 verbunden sind.
  • Die positive Elektrode und die negative Elektrode des ersten Kondensators 130 sind mit der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode zwischen dem Durchgangsloch 110UH und dem Durchgangsloch 110LH auf der Stirnfläche des in 6 veranschaulichten Substrats 120 verbunden. Hier sind die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode in einem weiten Bereich ausgebildet, wobei sie in einem weiten Bereich verbunden sein können, wenn sie mit dem ersten Kondensator 130, dem ersten Leiter 111 und dem vierten Leiter 114 verbunden sind.
  • Die positive Elektrode und die negative Elektrode des zweiten Kondensators 131 sind mit der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode zwischen dem Durchgangsloch 210UH und dem Durchgangsloch 210LH auf der in 7 veranschaulichten Rückseite des Substrats 120 verbunden. Hier sind die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode in einem weiten Bereich ausgebildet, wobei sie ähnlich mit dem zweiten Kondensator 131 oder dergleichen in einem weiten Bereich verbunden sein können.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, ist die Steuersignalverdrahtung 124 auf derselben Oberfläche des Substrats 120 angeordnet, so dass sie in derselben Richtung orientiert ist. Ein Verdrahtungsanschluss 127, mit dem der später beschriebene dritte Kondensator 310 verbunden ist, ist auf dem Substrat 120 angeordnet.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung, auf die die vorliegende Ausführungsform nicht angewendet ist, enthält keinen Kondensator in der Leistungshalbleitervorrichtung. Aus diesem Grund wird der Verdrahtungsweg von dem Schaltelement innerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung zu dem Kondensator außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung lang, wobei die Induktivität des Verdrahtungswegs nicht verringert werden kann.
  • Andererseits kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Verdrahtungsweg von dem Schaltelement zu dem Kondensator verkürzt werden, weil der Kondensator außerdem in der Leistungshalbleitervorrichtung 100 enthalten ist, wobei die Induktivität des Verdrahtungswegs verringert werden kann.
  • Zusätzlich sind in der vorliegenden Ausführungsform die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode auf der Stirnfläche des Substrats 120 und die Ausgangsverdrahtung 123 auf der Rückseite des Substrats 120 laminiert, mit anderen Worten, so vorgesehen, dass sie einander zugewandt sind. In 1 wird hier dem Strom Beachtung geschenkt, von der positiven Elektrode des ersten Kondensators 130 zu der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, der Ausgangsverdrahtung 123, dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs, der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode und der negativen Elektrode des ersten Kondensators 130 fließt. Die Richtung, in der der Strom durch die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode auf der Stirnfläche des Substrats 120 fließt, und die Richtung, in der der Strom durch die Ausgangsverdrahtung 123 auf der Rückseite des Substrats 120 fließt, sind zueinander entgegengesetzt. Ähnlich sind die Richtung, in der dieser Strom durch die Ausgangsverdrahtung 123 auf der Rückseite des Substrats 120 fließt, und die Richtung, in der dieser Strom durch die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode auf der Stirnfläche des Substrats 120 fließt, zueinander entgegengesetzt. Im Ergebnis wird der durch den fließenden Strom erzeugte magnetische Fluss aufgehoben, so dass der magnetische Fluss abnimmt und die Induktivität verringert werden kann.
  • Ferner sind die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode und die Ausgangsverdrahtung 123 mit dem ersten Kondensator 130 und dem ersten Leiter 111 bis zu dem vierten Leiter 114 in einem weiten Bereich verbunden. Weil sich die Ströme, die in den oben beschriebenen entgegengesetzten Richtungen fließen, in einem weiten Bereich befinden, kann deshalb der aufzuhebende magnetische Fluss vergrößert werden, wobei die Induktivität effektiver verringert werden kann.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 300.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 300 ist als ein Wechselrichter konfiguriert, der einen Motor unter Verwendung der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Leistungshalbleitervorrichtung 100 antreibt.
  • Wie in 8 veranschaulicht ist, werden die Leistungshalbleitervorrichtungen 100U, 100V und 100W als die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase des Wechselrichters verwendet, die dem Dreiphasenmotor entsprechen. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100U, 100V und 100W weisen die gleiche Konfiguration wie die in der ersten Ausführungsform beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung 100 auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Leistungshalbleitervorrichtungen 100U, 100V und 100W jedoch auf einem Substrat 120 ausgebildet. Ferner ist der dritte Kondensator 310 mit dem Verdrahtungsanschluss 127 des Substrats 120 verbunden. Der dritte Kondensator 310 ist ein Glättungskondensator mit großer Kapazität, der aus einem Filmkondensator oder dergleichen ausgebildet ist, und ist mit dem ersten Kondensator 130 und dem zweiten Kondensator 131 parallelgeschaltet.
  • Der Wechselrichter, der die Leistungshalbleitervorrichtungen 100U, 100V und 100W enthält, setzt von einer Batterie oder dergleichen zugeführte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um, um einen Motor anzutreiben.
  • Der dritte Kondensator 310 weist eine tiefere Wärmebeständigkeitstemperatur, aber eine größere Kapazität als der erste Kondensator 130 und der zweite Kondensator 131 auf. Durch das Anordnen des ersten Kondensators 130 und des zweiten Kondensators 131 nah bei den Schaltungskörpern des oberen und des unteren Zweigs und das Verkürzen ihrer Verdrahtungslängen kann die Induktivität des Verdrahtungswegs verringert werden, wobei die Gleichspannungsfluktuation aufgrund einer Zunahme der Kapazität durch die Parallelschaltung des dritten Kondensators 310 parallel zu ihnen unterdrückt werden kann.
  • 9 ist ein Stromlaufplan der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300. Die Leistungshalbleitervorrichtungen 100U, 100V und 100W weisen die gleiche Konfiguration wie die bezüglich 3 beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung 100 auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der dritte Kondensator 310 zwischen die Gleichstromverdrahtungen, d. h., die Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und die Verdrahtung 122 der negativen Elektrode geschaltet. Dann sind die Leistungshalbleitervorrichtungen 100U, 100V und 100W zwischen der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode parallelgeschaltet.
  • 10 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines elektrischen Systems 600.
  • Das elektrische System 600 enthält die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300, einen Motor 400 und ein Getriebe 500.
  • Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 weist die Konfiguration auf, die bezüglich der 8 und 9 beschrieben worden ist. Der dritte Kondensator 310 ist nicht notwendigerweise vorgesehen. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 setzt die von einer Batterie oder dergleichen zugeführte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um, wobei ihre Ausgangsverdrahtung 123 mit einer Wicklung des Motors 400 verbunden ist, um den Motor 400 anzutreiben.
  • Der Motor 400 ist unter Verwendung der Wechselstromleistung angetrieben, die von der Leistungsumsetzungsvorrichtung 300 ausgegeben wird. Dann wird ein Drehmoment an der Ausgangswelle 401 erzeugt.
  • Das Getriebe 500 ist mit der Ausgangswelle 401 des Motors 400 verbunden, um die Drehzahl einer Ausgangswelle 401 zu ändern. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 300, der Motor 400 und das Getriebe 500 sind durch Schrauben oder dergleichen befestigt, um einteilig ausgebildet zu sein.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform können die folgenden Betriebswirkungen erhalten werden.
    • (1) In einer Leistungshalbleitervorrichtung 100, die einen ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs, der durch Einbetten eines ersten Schaltelements 101, das eine Schaltung des oberen Zweigs bildet, zwischen einem ersten Leiter 111 und einem zweiten Leiter 112 konfiguriert ist, und einen ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs, der durch Einbetten eines zweiten Schaltelements 102, das eine Schaltung des unteren Zweigs bildet, zwischen einem dritten Leiter 113 und einem vierten Leiter 114 konfiguriert ist, enthält, enthält die Leistungshalbleitervorrichtung 100: ein Substrat 120, in dem eine Verdrahtung 121 der positiven Elektrode, die mit dem ersten Leiter 111 auf einer Seite des hohen Potentials verbunden ist, und eine Verdrahtung 122 der negativen Elektrode, die mit dem vierten Leiter 114 auf einer Seite des tiefen Potentials verbunden ist, auf einer Oberfläche vorgesehen sind, und eine Ausgangsverdrahtung 123, die mit dem zweiten Leiter 112 und dem dritten Leiter 113 verbunden ist, auf der anderen Oberfläche vorgesehen ist, so dass sie der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode zugewandt ist; und einen ersten Kondensator 130, der die Gleichstromleistung glättet, die dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs zugeführt wird, wobei das Substrat 120 zwischen dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs angeordnet ist und der erste Kondensator 130 zwischen dem ersten Schaltungskörper 110U des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper 110L des unteren Zweigs angeordnet ist und mit der Verdrahtung 121 der positiven Elektrode und der Verdrahtung 122 der negativen Elektrode auf dem Substrat 120 verbunden ist. Im Ergebnis kann die Induktivität des Verdrahtungsweges verringert werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, wobei andere innerhalb des Schutzumfangs der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbare Formen außerdem im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind, solange wie die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt sind. Zusätzlich können die oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Liste der Bezugszeichen
    • 100, 100U, 100V, 100W
    Leistungshalbleitervorrichtung
    101
    Erstes Schaltelement
    101D
    Verbindungsmaterial
    102
    Zweites Schaltelement
    103
    Drittes Schaltelement
    104
    Viertes Schaltelement
    110U
    Erster Schaltungskörper des oberen Zweigs
    110L
    Erster Schaltungskörper des unteren Zweigs
    110UH, 110LH, 210UH, 210LH
    Durchgangsloch
    111
    Erster Leiter
    111E, 112C
    Verbindungsanschluss
    112
    Zweiter Leiter
    113
    Dritter Leiter
    114
    Vierter Leiter
    120
    Substrat
    121
    Verdrahtung der positiven Elektrode
    122
    Verdrahtung der negativen Elektrode
    123
    Ausgangsverdrahtung
    124
    Steuersignalverdrahtung
    126
    Durchgangsloch-Durchkontaktierung
    127
    Verdrahtungsanschluss
    130
    Erster Kondensator
    131
    Zweiter Kondensator
    141, 142
    Isolator
    151
    Erster Kühler
    152
    Zweiter Kühler
    300
    Leistungsumsetzungsvorrichtung
    310
    Dritter Kondensator
    400
    Motor
    401
    Ausgangswelle
    500
    Getriebe
    600
    Elektrisches System

Claims (8)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, die einen ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs, der konfiguriert ist durch Einbetten eines ersten Schaltelements, das eine Schaltung des oberen Zweigs bildet, zwischen einem ersten Leiter und einem zweiten Leiter, und einen ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs, der konfiguriert ist durch Einbetten eines zweiten Schaltelements, das eine Schaltung des unteren Zweigs bildet, zwischen einem dritten Leiter und einem vierten Leiter, umfasst, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung umfasst: ein Substrat, in dem eine Verdrahtung einer positiven Elektrode, die mit dem ersten Leiter auf einer Seite des hohen Potentials verbunden ist, und eine Verdrahtung einer negativen Elektrode, die mit dem vierten Leiter auf einer Seite des tiefen Potentials verbunden ist, auf einer Oberfläche vorgesehen sind, und eine Ausgangsverdrahtung, die mit dem zweiten Leiter und dem dritten Leiter verbunden ist, auf der anderen Oberfläche vorgesehen ist, so dass sie der Verdrahtung der positiven Elektrode und der Verdrahtung der negativen Elektrode zugewandt ist; und einen ersten Kondensator, der die dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs zugeführte Gleichstromleistung glättet, wobei das Substrat zwischen dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs angeordnet ist und der erste Kondensator zwischen dem ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem ersten Schaltungskörper des unteren Zweigs angeordnet ist und mit der Verdrahtung der positiven Elektrode und der Verdrahtung der negativen Elektrode auf dem Substrat verbunden ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein erster Kühler auf den Oberflächen des ersten Leiters und des vierten Leiters vorgesehen ist, die den dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement zugewandten Oberflächen über einen Isolator gegenüberliegen, und ein zweiter Kühler auf den Oberflächen des zweiten Leiters und des dritten Leiters vorgesehen ist, die den dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement zugewandten Oberflächen über einen Isolator gegenüberliegen.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Oberseite des ersten Kondensators tiefer als die Oberseiten des ersten Leiters und des vierten Leiters festgelegt ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen zweiten Schaltungskörper des oberen Zweigs, der ein drittes Schaltelement enthält, das zu dem ersten Schaltelement parallelgeschaltet ist; einen zweiten Schaltungskörper des unteren Zweigs, der ein viertes Schaltelement enthält, das zu dem zweiten Schaltelement parallelgeschaltet ist; und einen zweiten Kondensator, der die Gleichstromleistung glättet, die dem zweiten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem zweiten Schaltungskörper des unteren Zweigs zugeführt wird, wobei der zweite Kondensator zwischen dem zweiten Schaltungskörper des oberen Zweigs und dem zweiten Schaltungskörper des unteren Zweigs angeordnet ist und mit der Verdrahtung der positiven Elektrode und der Verdrahtung der negativen Elektrode auf dem Substrat verbunden ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei eine Anordnung des ersten Schaltungskörpers des oberen Zweigs und des ersten Schaltungskörpers des unteren Zweigs und eine Anordnung des zweiten Schaltungskörpers des oberen Zweigs und des zweiten Schaltungskörpers des unteren Zweigs zueinander parallel sind, und eine Steuersignalverdrahtung des ersten Schaltelements, das den ersten Schaltungskörper des oberen Zweigs bildet, und eine Steuersignalverdrahtung des vierten Schaltelements, das den zweiten Schaltungskörper des unteren Zweigs bildet, in der gleichen Richtung orientiert sind.
  6. Leistungsumsetzungsvorrichtung, die mehrere der Leistungshalbleitervorrichtungen nach Anspruch 4 umfasst, die durch eine Gleichstromverdrahtung parallelgeschaltet sind.
  7. Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein dritter Kondensator an der Gleichstromverdrahtung vorgesehen ist, die jeder der Leistungshalbleitervorrichtungen entspricht.
  8. Elektrisches System, das umfasst: die Leistungsumsetzungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7; einen Motor, der unter Verwendung der von der Leistungsumsetzungsvorrichtung ausgegebenen Wechselstromleistung angetrieben ist; und ein Getriebe, das mit einer Ausgangswelle des Motors verbunden ist, um eine Drehzahl der Ausgangswelle zu ändern, wobei die Leistungsumsetzungsvorrichtung, der Motor und das Getriebe einteilig vorgesehen sind.
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