DE3910470A1

DE3910470A1 - Leistungshalbleiter-schaltervorrichtung

Info

Publication number: DE3910470A1
Application number: DE19893910470
Authority: DE
Inventors: Masaru Ishizuka; Yasuyuki Yokono; Asako Matsuura; Yoshio Kamei; Hiromichi Ohashi; Mitsuhiko Kitagawa; Tomiya Sasaki; Shigeki Monma
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1989-10-19
Anticipated expiration: 2009-04-01
Also published as: DE3910470C2; US5006921A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiter-Schaltervorrich tungen und betrifft insbesondere eine Leistungshalblei ter-Schaltervorrichtung (power semiconductor switching apparatus).

Eine Halbleiter-Schaltervorrichtung oder -Schaltvorrich tung wird verbreitet als Schalter für (Leistungs-)Strom netze eingesetzt. Als Beispiel für eine solche Vorrich tung ist in Fig. 1 schematisch eine Leistungshalbleiter- Schaltervorrichtung zur Verwendung in einem Stromnetz, in welchem ein Strom einer Stärke von mehreren 100 A oder mehr fließt, dargestellt. Diese Schaltervorrichtung umfaßt eine Anodenelektrode 1 aus Kupfer, die als Wärmesumpf (Kühlkörper) dient, und eine aus Kupfer bestehende und ebenfalls als Wärmesumpf dienende Kathodenelektrode 2. Zwei Metallschichten 4 sind jeweils in Kontakt mit Anoden- und Kathodenelektrode 1 bzw. 2 ausgebildet. Ein ein Halbleiter-Schalt(er)element, wie einen Thyristor oder einen GTO (Abschalt-Thyristor), darstellender Halbleiter- Chip 3 ist zwischen den Metallschichten 4 ausgebildet und steht mit letzteren in Kontakt, wobei eine Gateelek trode 5 an den Chip 3 angeschlossen ist. Die Schaltervor richtung ist in ein nicht dargestelltes Gehäuse einge schlossen. Wenn diese Halbleiter-Schaltervorrichtung als Erzeugnis fertiggestellt ist, werden von außen her Kräfte in den durch Pfeile angedeuteten Richtungen auf Anoden- und Kathodenelektroden 1 bzw. 2 ausgeübt, wodurch letztere, der Halbleiter-Chip 3 und die Metallschichten 4 gegenein ander gedrängt werden, um damit in ausreichender Weise einen thermischen oder Wärmewiderstand zu verringern, der aufgrund der im Chip 3 erzeugten Wärme im Betrieb der Schaltervorrichtung in einem Stromnetz zwischen dem Chip 3 und den Elektroden 1 und 2 induziert wird. Dabei entsteht im Chip 3 eine große thermische Belastung oder Spannung aufgrund unterschied licher Wärmedehnungskoeffizienten der Elektroden 1 und 2 und des Chips 3. Die Metallschichten 4 sind dabei zur Verminderung dieser thermischen Spannung vorgesehen.

Eine Methode zum Vorbelasten (urging) und Montieren eines Halbleiterelements ist in der JP-OS (Kokai) 53-1 43 174 be schrieben. Gemäß dieser Veröffentlichung wird ein schei benförmiger Thyristor verwendet, an dessen beiden Seiten wärmeleitfähige Rippen vorgesehen sind. Um den Thyristor herum sind Paare von Schrauben und Muttern angeordnet, welche die Rippen auf beiden Seiten des Thyristors durch setzen. Der Abstand zwischen den Rippen wird durch An ziehen der Schrauben-Mutter-Kombination verkleinert, wo durch der Thyristor mit einer Kraft beaufschlagt wird. Infolgedessen wird der Thyristor, als Halbleiterelement, mittels der Rippen vorbelastet und montiert. Eine andere Montagemethode ist in der JP-OS 54-89 574 beschrieben, die eine Spannvorrichtung für ein elektronisches Halbleiter element offenbart. Bei dieser Anordnung ist ein flacher Thyristor als Halbleiterelement vorgesehen. Auf beiden Seiten des Thyristors sind Kühlelemente angeordnet. Von einem mittleren Abschnitt eines der Kühlelemente ragt ein Vorsprung nach außen. Am Seitenabschnitt des Thyristors ist ein Isolator angeordnet. An der Außenseite des den Vorsprung aufweisenden Kühlelements oder -körpers ist eine Blattfeder vorgesehen. In den beiden Kühlelementen, dem Isolator und der Blattfeder sind Bohrungen zur Auf nahme einer diese Bohrungen durchsetzenden Schraube aus gebildet. Von der Außenseite der Blattfeder her ist eine Mutter auf die Schraube aufgeschraubt. Wenn die Mutter mit der Blattfeder in Berührung gebracht (gegen diese an gezogen) wird, wird die Blattfeder mit einer Kraft beauf schlagt. Wenn die Blattfeder mit dem Vorsprung des Kühl elements in Berührung gebracht wird, wird das Kühlelement mit einer Kraft beaufschlagt. Auf diese Weise wird der zwischen den Kühlelementen angeordnete Thyristor mit einer Kraft beaufschlagt, so daß der Thyristor an die auf seinen beiden Seiten angeordneten Kühlelemente angedrückt wird.

Um bei der herkömmlichen Leistungshalbleiter-Schaltervor richtung gemäß Fig. 1 eine Stromkapazität zu erhöhen, muß der Durchmesser des Halbleiter-Chips 3 vergrößert werden. Für diesen Zweck ist ein großes Halbleiter-Plättchen nötig. Mit einer Erhöhung der Stromkapazität der Schaltervor richtung vergrößert sich die im Chip erzeugte Wärmemenge. Aus diesem Grund sind dabei eine Einrichtung zur wirk samen Abstrahlung der Wärme und eine Einrichtung zur Minderung einer unter dem Wärmeeinfluß induzierten Span nung (stress) erforderlich. Zur Verbesserung der Schalt eigenschaften der Halbleiter-Schaltervorrichtung muß ein Halbleiter-Plättchen mit einem Mikromuster ausgebildet werden. Die Mikromusterung auf dem gesamten großen Halb leiter-Plättchen ist aber mit gleichbleibender Genauig keit schwierig zu erreichen. Bei Anwendung der Struktur der herkömmlichen Halbleiter-Schaltervorrichtung ist es daher schwierig, eine große Halbleiter-Schaltervorrich tung einer großen Kapazität und guter Schalteigenschaften herzustellen.

Bei der herkömmlichen Halbleiter-Schaltervorrichtung wird zudem Wärme von einer Elektrodenfläche des Halbleiter- Chips 3 abgestrahlt. Um die Wärme vom Chip 3 zufrieden stellend abzustrahlen, muß daher eine vergleichsweise große Spann- oder Vorbelastungskraft (urging force) von außen auf die Schaltervorrichtung ausgeübt werden. Diese Kraft ist allerdings nicht immer einer Wärmeabstrahllei stung proportional. Aus diesem Grund ist es sinnlos, eine sehr große Spann- oder Vorbelastungskraft auf die Schal tervorrichtung auszuüben. Wenn zudem eine sehr große Spann- oder Vorbelastungskraft zwischen Anode und Kathode ausgeübt wird, wird es schwierig, die im Halbleiter-Chip 3 induzierte thermische Spannung oder Wärmespannung zu verringern, so daß der Chip selbst beschädigt werden kann. Bei der herkömmlichen Schaltervorrichtung können die ein zelnen Bauelemente unter der thermischen Spannung brechen, weil sie mit der Spann- oder Vorbelastungskraft beauf schlagt sind. Infolgedessen ist bei der bisherigen Halb leiter-Schaltervorrichtung die Kühlleistung begrenzt, und die Erzielung einer großen Kapazität ist schwierig.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung, die eine große Stromkapazität und eine hohe Leistung(sfähigkeit) be sitzt und die sich einfach herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn zeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist eine Leistungshalbleiter- Schaltervorrichtung, umfassend eine als Wärmesumpf wir kende Anodenelektrode, eine als Wärmesumpf wirkende Kathodenelektrode, mehrere parallele, zwischen Anoden- und Kathodenelektrode angeordnete Halbleiterschaltelement- Chips, deren Zahl so gewählt ist, daß die Gesamt größe (total) der durch die Chips fließenden Nennströme gleich groß oder größer ist als ein Nennstrom der Schal tervorrichtung, und eine mit jedem Chip verbundene Gate elektrodenleitung.

In anderer Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Halb leiter-Schaltervorrichtung gekennzeichnet durch eine als Wärmesumpf wirkende Anodenelektrode, eine (ebenfalls) als Wärmesumpf wirkende Kathodenelektrode, eine Anzahl von zwischen Anoden- und Kathodenelektrode angeordneten Halb leiterschaltelement-Chips, deren Zahl so gewählt ist, daß die Gesamtgröße der durch die Chips fließenden Nenn ströme gleich groß oder größer ist als der Nennstrom der Schaltervorrichtung, sowie eine zwischen den Anoden- und Kathodenelektroden angeordnete Gateelektrodenplatte, die mit einer externen Zuleitung verbunden ist, wobei Gate elektrodenleitungen jeweils mit den Chips und der Gate elektrodenplatte verbunden sind.

In noch anderer Ausgestaltung kennzeichnet sich die er findungsgemäße Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung durch jeweils eine als Wärmesumpf wirkende Anoden- und Kathodenelektrode, mindestens einen zwischen Anoden- und Kathodenelektroden angeordneten Halbleiterschaltelement- Chip, eine an den Chip angeschlossene Gateelektrodenlei tung und eine Einrichtung zum Verringern einer im Chip induzierten thermischen Spannung und zum Ableiten von Wärme von der Oberfläche des Chips zu Anoden- und Kathoden elektroden.

In weiterer Ausgestaltung kennzeichnet sich die erfindungs gemäße Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung durch je eine Anoden- und eine Kathodenelektrode, von denen min destens eine mit einer Ausnehmung versehen ist, mehrere zwischen den Anoden- und Kathodenelektroden angeordnete Halbleiterschaltelement-Chips, eine mit jedem der Chips verbundene Gateelektrodenleitung und eine Kühleinrichtung zum Umwälzen eines Kühlmittels in den Ausnehmungen der Anoden- und Kathodenelektroden zum Kühlen des Chips.

Mit der Erfindung wird eine Leistungshalbleiter-Schalter vorrichtung einer größeren Kapazität und einer höheren Leistung (performance) geschaffen.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Halbleiter-Schaltervorrichtung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Halbleiter-Schaltervor richtung gemäß einer Ausführungsform der Er findung,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Dar stellung von Teilen der Schaltervorrichtung nach Fig. 2,

Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 6 eine auseinandergezogene perspektivische Dar stellung von abgewandelten Teilen bei der ersten Ausführungsform,

Fig. 7 einen Schnitt durch die abgewandelten Teile,

Fig. 8 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer anderen Abwandlung der ersten Ausführungsform,

Fig. 9 einen Schnitt durch Teile gemäß einer anderen Abwandlung,

Fig. 10 eine Schnittdarstellung einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform,

Fig. 11 eine Aufsicht auf eine Halbleiter-Schaltervor richtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 einen Schnitt längs der Linie C-C in Fig. 11,

Fig. 13 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teil schnitt längs der Linie D-D in Fig. 11,

Fig. 14 eine Aufsicht auf eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform,

Fig. 15 einen Schnitt längs der Linie E-E in Fig. 11,

Fig. 16 eine Aufsicht auf eine Halbleiter-Schaltervor richtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie F-F in Fig. 16,

Fig. 18 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnitt ansicht des Teils G von Fig. 17,

Fig. 19 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teil- Schnittansicht einer Abwandlung der dritten Ausführungsform,

Fig. 20 eine Schnittansicht einer anderen Abwandlung der dritten Ausführungsform,

Fig. 21 eine Schnittansicht einer Halbleiter-Schalter vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 22 eine Schnittansicht einer Abwandlung der vierten Ausführungsform,

Fig. 23 eine Schnittansicht einer Halbleiter-Schalter vorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 24 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnitt ansicht des Teils H von Fig. 23.

Fig. 1 ist eingangs bereits erläutert worden.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen eine Leistungshalblei ter-Schaltervorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungs form der Erfindung mit Anoden- und Kathodenelektroden 12 bzw. 14 jeweils aus einer 10 mm dicken Kupferplatte oder -scheibe eines Durchmessers von 90 mm. Anoden- und Kathodenelektrode 12 bzw. 14 sind einander gegenüber stehend angeordnet. Zwischen den Elektroden 12 und 14 sind zehn auf einem Kreis angeordnete Halbleiterschalt(er) element-Chips 16 und zwei um die Chips 16 herum ange ordnete Aluminiumtrid- bzw. AlN-Platten 18 und 20 vorge sehen. Ein isolierendes Gehäuse 22 umschließt die Umfangs fläche der Schaltervorrichtung.

Im folgenden ist der Aufbau dieser Halbleiter-Schalter vorrichtung im einzelnen erläutert, Gemäß Fig. 3 steht die AlN-Platte 18 in Kontakt mit der Anodenelektrode 12, während die AlN-Platte 20 mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt steht. Die AlN-Platten oder -Scheiben 18 und 20 stehen dabei in Kontakt miteinander. Gemäß Fig. 4 sind in den Aln-Platten 18 und 20 jeweils quadratische Löcher bzw. Bohrungen 24 bzw. 26 für das Einsetzen des Chips 16 o.dgl, ausgebildet. Die Bohrungen 24 und 26 besitzen je weils eine Seitenlänge von z.B. 10 mm. Zehn derartige Bohrungen 24 (26) sind jeweils in gleichen Radialabständen vom Zentrum der betreffenden Platte 18 (20) vorgesehen, Von jeder Bohrung 24 (26) verläuft eine Rille 28 in Rich tung auf das Zentrum der betreffenden Platte 18 (20), Weiterhin verläuft eine Rille 30 vom Zentrum der Platte 18 (20) zu deren Außenseite. Im Gehäuse 22 ist eine den Rillen 30 entsprechende Bohrung 32 vorgesehen. Gemäß Fig. 5 enthält jede Bohrung 24 (26) eine Molybdänplatte oder -scheibe 34, die mit der Anodenelektrode 12 in Kon takt steht, eine mit der Kathodenelektrode 14 in Kontakt stehende Molybdänplatte oder -scheibe 36 und den zwischen den beiden Molybdänplatten 34 und 36 angeordneten Halb leiterschaltelement-Chip 16. Jeder Chip 16 besteht aus einem Transistor mit isolierter Gateelektrode, z.B. einem durch Bearbeitung eines Siliziumplättchens ausgebildeten MOSFET oder IGBT. Die Gesamtdicke der Platten oder Scheiben 34 und 36 und des Chips 16 ist geringfügig größer als die Gesamtdicke der AlN-Platten 18 und 20. Durch die Rillen 28 verläuft je eine mit dem betreffenden Chip 16 verbundene Gateelektrodenleitung 38. In die Rillen 30 ist eine Zuleitung 40 für externen Anschluß eingelegt. Die Gateelektrodenleitungen 38 sind im Zentrum der Platte 18 (20) miteinander verbunden. Die Zuleitung 40 ist eben falls an diesen Verbindungsabschnitt angeschlossen.

Gemäß Fig. 5 wird die beschriebene Leistungshalbleiter- Schaltervorrichtung 10 durch Ausübung von Spann- oder Vorbelastungskräften in den durch Pfeile bezeichneten Richtungen fertiggestellt. Wenn ein Strom die Schalter vorrichtung 10 durchfließt, entsteht in jedem Chip 16 Wärme. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Molybdän platte 34 (36) entspricht weitgehend dem von Silizium. Die Molybdänplatten 34 und 36 verringern daher eine thermische Spannung oder Wärmespannung, die in diametraler Richtung jedes Chips aufgrund der Differenz zwischen den Wärmedehnungskoeffizienten der Elektroden 12 und 14 sowie des Chips 16 entsteht. Die AlN-Platte 18 (20) besitzt einen nahezu dem Wärmedehnungskoeffizienten von Silizium entsprechenden Wärmedehnungskoeffizienten, und sie be sitzt Isoliereigenschaften und gute Wärmeleitfähigkeit. Infolgedessen strahlen die AlN-Platten 18 und 20 die in jedem Chip 16 erzeugte Wärme ab, um eine Wärmespannung in Durchmesserrichtung zu verringern. Außerdem isolieren die Platten 18 und 20 die Anoden- und Kathodenelektroden 12 bzw. 14 sowie die Chips 16 gegeneinander, um einen Wärmewiderstand zwischen den Außenflächen jedes Chips 16 und den Elektroden 12 und 14 zu verringern.

Bei der beschriebenen Halbleiter-Schaltervorrichtung 10 sind zehn getrennte oder einzelne Chips 16 parallel zwi schen Anoden- und Kathodenelektroden 12 bzw. 14 ange ordnet. Wenn eine Nennstromkapazität jedes Chips 16 gleich 500 A ist, beträgt die Gesamtnennstromkapazität der Vorrichtung 500 A. Durch Anderung der Zahl der Chips 16 kann eine Schaltervorrichtung einer gewünschten Strom kapazität gebildet werden. Im allgemeinen ist es schwierig, eine Hochleistungs-Schaltervorrichtung einer Stromkapazität von 500 A und guter Schaltcharakteristik mittels eines einzigen Halbleiter-Chips herzustellen. Dies ist deshalb der Fall, weil es aufgrund von Fertigungseinschränkungen schwierig ist, eine gleichmäßige Präzision der jeweiligen Einheiten oder Bauelemente einer Schaltervorrichtung zu erreichen. Da bei der erfindungsgemäßen Schaltervorrich tung jedoch mehrere Chips 16 parallel zueinander ange ordnet (parallelgeschaltet) sind, kann eine gewünschte Stromkapazität erzielt werden. Durch Anordnung einer An zahl kompakter Hochleistungs-Halbleiterchips läßt sich somit eine Hochleistungs-Schaltervorrichtung einer großen Kapazität realisieren. Die Herstellung kompakter Halblei ter-Chips einer hohen Leistung ist vergleichsweise ein fach. Unter der Voraussetzung, daß eine Gesamtquerschnitts fläche aller Chips der Querschnittsfläche eines herkömm lichen Einzel-Chips gleich ist, kann aufgrund der Ver wendung mehrerer Chips die Oberfläche der Seitenflächen erheblich vergrößert werden. Dabei wird die Wärme über die Seitenflächen jedes Chips abgeleitet und zufrieden stellend abgestrahlt. Da aus diesem Grund die Wärme vom Chip abgestrahlt werden kann, ohne dessen Spann- oder Vorbelastungskraft (urging force) zu vergrößern, läßt sich eine in jedem Chip induzierte Wärmespannung ohne weiteres verringern. Infolgedessen können Probleme be züglich der Wärmeabstrahlung und der Wärmespannung, die bei einer Erhöhung der Stromkapazität der Schaltervor richtung auftreten, zufriedenstellend gelöst werden. Da weiterhin die Gateelektrodenleitungen 38 von den Chips 16 im Zentrum der Schaltervorrichtung 10 miteinander ver bunden sind, besitzen diese Leitungen 38 jeweils gleiche Länge. Demzufolge unterliegen die Ankunftszeiten von über die Leitungen 38 zwischen den Chips 16 und dem Anschluß teil übertragenen elektrischen Signalen keiner Änderung. Aus diesem Grund können die Schaltcharakteristika bzw. -eigenschaften der Schaltervorrichtung 10 vergleich mäßigt und damit eine hohe Leistung der Schaltervorrich tung erzielt werden.

Im folgenden ist eine Abwandlung der beschriebenen Aus führungsform erläutert. Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen einen Abschnitt oder Teil dieser Abwandlung, bei welcher die in den AlN-Platten 18 und 20 ausgebildeten Löcher oder Bohrungen 44 bzw. 46 jeweils eine Stufe aufweisen. Genauer gesagt: die Vierkant-Bohrung 44 (46) ist an der Seite, an welcher die Platten 18 und 20 miteinander in Kontakt stehen, größer bzw. weiter ausgebildet. Zwischen einen Chip 16 und die Anodenelektrode 12 sowie zwischen den Chip 16 und die Kathodenelektrode 14 ist jeweils ein niedrigschmelzendes Metall 42 eingefügt. Jede Bohrung 44 und 46 weist einen erweiterten Abschnitt 44 a bzw. 46 a auf. Wenn die AlN-Platten 18 und 20 in gegenseitigen Kon takt gebracht sind, ist ein enger Spalt oder Zwischenraum zwischen dem betreffenden Abschnitt 44 a bzw. 46 a und dem Chip 16 festgelegt. Ein Umfangsabschnitt des Chips 16 ist durch die Abschnitte 44 a und 46 a verspannt. Die niedrig schmelzenden Metallteile 42, z.B. aus einer Blei-Zinnle gierung hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Wärme leitfähigkeit, sind jeweils zwischen den Chip 16, die Platte 18 und die Anodenelektrode 12 sowie zwischen den Chip 16, die Platte 20 und die Kathodenelektrode 14 ein gefügt. Die Metallteile 42 an Anoden- und Kathodenseiten stehen nicht in Kontakt miteinander. Bei der Herstellung der Schaltervorrichtung werden die Metallteile 42 ge schmolzen und zwischen die Elektroden 12 und 14 einge füllt bzw. eingegossen. Der Metallteil 42 füllt auch den engen Spalt zwischen der Platte 18 (20) und der Elektrode 12 (14) aus. In jeder Platte 18 und 20 ist eine Rille 28 ausgebildet. Eine in die Rillen 28 eingelegte Gateelek trodenleitung 38 ist mit dem (betreffenden) Chip 16 ver bunden. Die Längen der Leitungen 38 vom Chip 16 aus sind dabei jeweils gleich groß eingestellt.

Wenn bei der beschriebenen Abwandlung ein Strom durch die Schaltervorrichtung 10 geleitet wird, entsteht in jedem Chip 16 Wärme, durch welche die niedrigschmelzen den Metallteile 42 geschmolzen werden. Beim Schmelzen der Metallteile 42 wird die vom Chip 16 erzeugte Wärme abge strahlt, wodurch der Wärmewiderstand zwischen dem Chip 16 und den Elektroden 12 und 14 beträchtlich herabge setzt wird. Außerdem leiten die AlN-Platten 18 und 20 die Wärme schnell vom Chip 16 zu den Elektroden 12 und 14 ab. Infolgedessen sind die Wärmeabstrahleigenschaften der Schaltervorrichtung 10 verbessert. Da die Metall teile 42 durch die erzeugte Wärme geschmolzen werden, wird auch eine im Chip 16 induzierte Spannung (stress) verringert. Da die Platte 18 (20) einen nahezu dem Wärme dehnungskoeffizienten des Chips 16 entsprechenden Wärme dehnungskoeffizienten besitzt, kann die im Chip 16 indu zierte thermische Spannung bzw. Wärmespannung einfach verringert werden. Da weiterhin die Gateelektrodenleitungen 38 jeweils gleiche Länge besitzen, weichen die Ankunfts zeitpunkte der elektrischen Signale nicht voneinander ab.

Infolgedessen kann auf diese Weise eine Hochleistungs- Schaltervorrichtung einer großen Kapazität realisiert werden. Da hierbei die in der Halbleiter-Schaltervorrich tung erzeugte Wärme zufriedenstellend oder ausreichend abgestrahlt wird, braucht die Schaltervorrichtung nicht mit einer Spann- oder Vorbelastungskraft beaufschlagt zu werden.

Im folgenden ist eine andere Abwandlung der ersten Aus führungsform anhand der Fig. 8 und 9 erläutert, die je weils einen Abschnitt dieser Abwandlung veranschaulichen, bei welcher die Anoden- und Kathodenelektroden 12 und 14 jeweils aus einer Kupferplatte oder -scheibe bestehen. In einer einem Chip 16 zugewandten Fläche der Elektrode 12 (14) ist eine Ausnehmung 54 ausgebildet, in welche eine AlN-Platte oder -Scheibe 56 eingesetzt ist. Eine dünne Kupferplatte oder -scheibe 58 ist die Elektrode 12 (14) und die AlN-Platte 56 bedeckend mit diesen Teilen verbunden. Hierbei wird eine Direktverbindungskupfer- bzw. DBC-Methode angewandt, um die AlN-Platte 56, die Elek trode 12 (14) und die Kupferplatte 58 fest miteinander zu verbinden. Bei Verwendung eines herkömmlichen großen Einzel-Chips besitzt die mit der AlN-Platte 56 zu ver bindende Kupferplatte 58 eine zweckmäßige Dicke von 0,03- 0,5 mm. Da ein kompakter Chip kaum einem Bruch unter liegt, kann der Chip jedoch auch dicker sein; eine zweck mäßige Dicke beträgt dabei 0,03-1,0 mm, vorzugsweise 0,2-0,4 mm. Die Kupferplatte 58 an der Anodenelektroden seite ist mit dem einen Ende des Chips 16 verlötet, wäh rend die Kupferplatte 58 an der Kathodenelektrodenseite an der anderen Seite des Chips 16 angelötet ist. In einen den Chip 16 zwischen den beiden Kupferplatten 58 umgeben den Abschnitt ist ein AlN-Pulver 60 eingefüllt. An jeden Chip 16 ist eine Gateelektrodenleitung 38 angeschlossen, wobei die Leitungen 38 jeweils gleiche Länge besitzen.

Die im folgenden kurz erläuterte DBC-Methode eignet sich für das Verschweißen von Kupfer mit AlN, die normaler weise schwierig (miteinander) zu verschweißen sind. Die se Methode umfaßt die folgenden Schritte: Die Oberfläche einer Kupferschicht wird bei einer O₂-Konzentration von 80-3900 ppm (Teile pro Million Teile) und einer hohen Temperatur von 1065-1083°C oxidiert, um eine eutek tische CuO₂-Flüssigphase (CuO₂ eutectic liquid phase) zu erzeugen. AlN wird mit Sauerstoff in einer Sauerstoff atmosphäre einer hohen Temperatur von 1000°C oder mehr umgesetzt, um einen dünnen Al₂O₃-Film zu erzeugen. Die eutektische CuO₂-Flüssigphase aus Kupfer und der Al₂O₃- Film von AlN werden miteinander verbunden und abgekühlt, so daß ein Verbundkörper aus Cu und AlN entsteht. Auf diese Weise können Kupfer und AlN fest miteinander ver bunden werden.

Bei der Schaltervorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau ist der Chip 16 mit der Kupferplatte 58 verschweißt und unter Zwischenfügung der Kupferplatte 58 dicht an der AlN-Platte 56 angeordnet. Die AlN-Platte 56 besitzt einen Wärmedehnungskoeffizienten, der nahezu demjenigen von Silizium, welches den Chip 16 bildet, entspricht. Der Chip 16 steht mit dem AlN-Pulver 60 in Berührung oder Kontakt, welches eine Kraft an seiner Außenfläche absor biert und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Infolge dessen wird vom Chip 16 erzeugte Wärme über das AlN-Pulver 60 schnell zur Kupferplatte 58 abgeleitet und abge strahlt. Außerdem wird eine im Chip 16 induzierte Wärme spannung durch die AlN-Platte 56 und das AlN-Pulver 60 herabgesetzt. Da die Gateelektrodenleitungen 38 jeweils gleiche Länge aufweisen, sind die Ankunftszeiten von elek trischen Signalen jeweils gleich. Infolgedessen sind die Schalteigenschaften der Halbleiter-Schaltervorrichtung verbessert. Bei dieser Abwandlung einer großen Kapazität und hohen Leistung läßt sich die Leistungshalbleiter- Schaltervorrichtung ebenfalls ohne Ausübung einer Spann- oder Vorbelastungskraft auf den Chip herstellen.

Im folgenden ist eine dritte Abwandlung der ersten Aus führungsform anhand von Fig. 10 beschrieben, die einen Teil einer Schaltervorrichtung gemäß dieser Abwandlung zeigt. Dabei sind in Anoden- und Kathodenelektrode 12 bzw. 14 jeweils mehrere Hohlräume bzw. Ausnehmungen 61 ausgebildet, in welche jeweils eine Siliziumplatte oder -scheibe 62 eingesetzt ist, deren Breite größer ist als diejenige eines Chips 16 und die aus einem dem Silizium des Chips 16 identischen Werkstoff besteht. Der Halblei terschaltelement-Chip 16 ist mit den Elektroden 12 und 14 verschweißt. Zwischen den Elektroden 12 und 14 sind zwei Siliziumplatten oder -scheiben 66 angeordnet, die jeweils mit einer Siliziumoxidschicht 64 bedeckt oder überzogen sind und aus demselben Silizium wie der Chip 16 bestehen. Die Siliziumplatten 66 stehen mit den Chip 16 in Kontakt. An jeden Chip 16 ist jeweils eine Gate elektrodenleitung 38 angeschlossen, wobei die Leitungen 38 jeweils gleiche Länge aufweisen.

Bei dieser Schaltervorrichtung befindet sich jeder Chip 16 unter Zwischenfügung der vergleichsweise dünnen Kupfer schicht 68 der Elektrode 12 (14) dicht neben der Silizium platte 62. Die Seitenflächen des Chips 16 sind den Sili ziumplatten 66 unter Zwischenfügung der Siliziumoxid schicht 64 benachbart angeordnet. Wenn dabei ein Strom durch die Schaltervorrichtung 10 geleitet wird, wird die im Chip 16 erzeugte Wärme von den verschweißten Flächen unmittelbar auf die Elektroden 12 und 14 abgeleitet. Außerdem erfolgt eine indirekte Wärmeableitung von den Seitenflächen des Chips 16 zu den Elektroden 12 und 14 über die Siliziumplatten 66. Durch letztere wird eine im Chip 16 induzierte Wärmespannung verringert. Da auch die Längen der Gateelektrodenleitungen 38 jeweils gleich sind, sind die Ankunftszeitpunkte der elektrischen Signale an den Chips jeweils gleich. Infolgedessen ist die Schalt charakteristik der Schaltervorrichtung verbessert. Als Ergebnis kann eine Halbleiter-Schaltervorrichtung einer großen Kapazität und einer hohen Leistung gemäß dieser Abwandlung ohne Ausübung einer Spann- oder Vorbelastungs kraft hergestellt werden.

In den Fig. 11 und 12 ist eine Leistungshalbleiter-Schal tervorrichtung 71 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die Schaltervorrichtung 71 umfaßt Anoden- und Kathodenelektroden 12 und 14 aus jeweils z.B. einer 10 mm dicken, einen Durchmesser von 90 mm aufweisenden scheibenförmigen Kupferplatte. Die Elektroden 12 und 14 sind einander mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber stehend angeordnet. Zwischen den Elektroden 12 und 14 sind zehn Halbleiterschaltelement-Chips 16, die auf einem Kreis auf gleiche Abstände verteilt sind, und um die Chips 16 herum angeordnete isolierende Kautschuk- oder Gummistücke 78 vorgesehen. Ein isolierendes Gehäuse 22 umschließt die Umfangsfläche der Schaltervorrichtung 71.

Der Aufbau dieser Schaltervorrichtung 71 ist nachstehend im einzelnen erläutert. Mehrere scheibenförmige Elemente, d.h. eine Aluminiumnitrid- bzw. AlN-Platte oder -Scheibe 70, die mit der Elektrode 12 in Kontakt steht, eine mit der Elektrode 14 in Kontakt stehende Aluminiumnitrid- bzw. AlN-Platte 72 sowie eine zwischen den AlN-Platten 70 und 72 befindliche Gateelektrodenplatte 74 sind im wesentlichen im Mittelbereich zwischen den Elektroden 12 und 14 angeordnet. In der Elektrode 12 ist eine Rille 30 ausgebildet, über welche eine Zuleitung 40 extern mit der Gateelektrodenplatte 74 verbunden ist. Zwischen den Um fangsabschnitten der Elektroden 12 und 14 befindet sich eine AlN-Platte oder -Scheibe 76. Das isolierende Gummi stück 78 befindet sich zwischen der AlN-Platte 76 und einem Satz aus den AlN-Platten 70 und 72 sowie der Elek trodenplatte 74. Gemäß Fig. 13 sind im isolierenden Gummi stück 78 zehn quadratische Bohrungen 82 einer Seiten länge von 10 mm ausgebildet. Die Bohrungen 82 sind auf einem Kreis in gleichen Abständen von der Elektroden platte 74 angeordnet. In jeder Bohrung 82 befindet sich ein Chip 16 o.dgl.. Der Chip 16 besteht aus einem Tran sistor mit isolierter Gateelektrode, z.B. einem in einem Siliziumplättchen erzeugten MOSFET oder IGBT. Eine Molybdänplatte 34 steht in Kontakt mit dem Chip 16 und der Elektrode 12, während eine Molybdänplatte 36 mit dem Chip 16 und der Elektrode 14 in Kontakt steht. In der Elektrode 12 und der Molybdänplatte 34 ist eine zwischen jedem Chip 16 und der Gateelektrodenplatte 74 verlaufende Rille 80 ausgebildet. Über die Rille 80 ist eine Gate elektrodenleitung 38 zwischen die Platte 74 und jeden Chip 76 eingeschaltet. Die Leitungen 38 besitzen dabei jeweils gleiche Länge. Die Gesamtdicke der Molybdänplatten 34 und 36 sowie des Chips 16 ist geringfügig kleiner als die Dicke des Gummistücks 78.

Bei der beschriebenen Leistungshalbleiter-Schaltervor richtung werden die Elektroden 12 und 14 von außen her mit Spann- oder Vorbelastungskräften beaufschlagt, wo durch diese Elemente in Berührung bzw. Kontakt miteinander gebracht werden. Der Wärmedehnungskoeffizient der Platte 34 (36) entspricht nahezu demjenigen von Silizium. In folgedessen reduziert die Platte 34 (36) eine in Durch messerrichtung des Chips 16 aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten von Elektrode 12 (14) und Chip 16 induzierte Wärmespannung. Der Wärmedehnungskoeffizient jeder AlN-Platte 70, 72 und 76 entspricht nahezu dem jenigen von Silizium, wodurch eine in Durchmesserrichtung des Chips 16 induzierte Wärmespannung herabgesetzt wird.

Die AlN-Platten 70, 72 und 76 besitzen jeweils Isolier eigenschaften und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Platten 70, 72 und 76 isolieren somit Anoden- und Kathoden elektrode 12 bzw. 14 gegeneinander, um damit die zwischen den Außenflächen des Chips 16 und den (der) Elektroden 12 und 14 induzierten Wärmewiderstände zu verringern. Darüber hinaus verringern die Platten 70, 72 und 76 eine Temperaturdifferenz zwischen den Elektroden 12 und 14. Aufgrund dieser Ausgestaltung wird die Temperatur der gesamten Schaltervorrichtung vergleichmäßigt.

Die Schaltervorrichtung 71 verwendet das isolierende Gummistück 78. Ohne Verwendung des Gummistücks 78 können jedoch die Abmessungen der umgebenden AlN-Platten ver größert werden. Bei der Schaltervorrichtung 71 werden die Elektroden 12 und 14 von außen her mit Spann- bzw. Vorbelastungskräften beaufschlagt. Beim Fehlen dieser Vorbelastungskräfte können jedoch Anoden- und Kathoden elektrode 12 bzw. 14 mit den Molybdänplatten 34 bzw. 36 verlötet werden. Wenn bei der Schaltungsvorrichtung 71 der Durchmesser der Gateelektrodenplatte 74 zur Ver kleinerung des Abstands zum Chip 16 vergrößert wird, wird die Wirkung der Wärmeabstrahlung vom Chip 16 verbessert, während außerdem die Wirkung der Herabsetzung der darin induzierten Wärmespannung verbessert wird. Da die Gate elektrodenleitungen 38 jeweils gleiche Länge besitzen, sind die Ankunftszeiten von Strömen an den Chips jeweils gleich. Wenn daher der Abstand zwischen der Elektroden platte 74 und dem Chip 16 verkleinert wird, verkleinert sich auch die Länge der jeweiligen Leitung 38. Da in die sem Fall der Strom früher den Chip erreicht, wird die Schaltcharakteristik der Schaltervorrichtung 71 weiter verbessert.

In den Fig. 14 und 15 ist eine Abwandlung der zweiten Ausführungsform dargestellt, bei welcher eine Zuleitung 40 nicht mit dem Umfangsabschnitt, sondern mit dem Mittel bereich einer Gateelektrodenplatte 74 verbunden ist. Außerdem ist eine AlN-Platte 84 anstelle des isolieren den Gummistücks 78 vorgesehen. In der AlN-Platte 84 sind zehn quadratische Löcher bzw. Bohrungen 82 ausgebildet. In einer Anodenelektrode 12 ist eine Rille 86 für die Führung der Zuleitung 40 vorgesehen. Die anderen Bau elemente entsprechen im wesentlichen denjenigen bei der zweiten Ausführungsform.

Da bei dieser Abwandlung die Zuleitung 40 mit dem Zentrum der Gateelektrodenplatte 74 verbunden ist, sind die Ab stände zwischen dem Anschlußteil und den jeweiligen Chips 16 jeweils gleich groß. Infolgedessen können die An kunftszeiten der Ströme vom Anschlußteil an den Chips über die Gateelektrodenleitungen mit größerer Genauig keit einander angeglichen werden, so daß die Schalt charakteristik der Halbleiter-Schaltervorrichtung weiter verbessert ist.

Neben der beschriebenen Abwandlung sind verschiedene weitere Abwandlungen der zweiten Ausführungsform möglich. Beispielsweise kann anstelle der AlN-Platte Aluminiumoxid, pulverförmiges Aluminiumnitrid oder mit Siliziumoxid be schichtetes Silizium verwendet werden. Während bei der beschriebenen Ausführungsform die Chips in einer Kreis form bzw. auf einem Kreis angeordnet sind, können sie in einer beliebigen (geometrischen) Form angeordnet sein, solange sie parallel zueinander angeordnet bzw. geschaltet sind. Wenn dabei die Gateelektrodenleitungen jeweils gleiche Länge besitzen, kann die Schaltcharakteri stik der Halbleiter-Schaltervorrichtung verbessert sein. Die Form der Gateelektrodenplatte ist nicht auf eine Scheibenform beschränkt, vielmehr kann diese Platte auch z.B. eine Sternform aufweisen.

Mit der zweiten Ausführungsform wird eine Halbleiter- Schaltervorrichtung einer großen Kapazität und einer hohen Leistung realisiert.

Im folgenden ist eine dritte Ausführungsform einer er findungsgemäßen Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung 100 anhand der Fig. 16 und 17 beschrieben. Die Schalter vorrichtung 100 umfaßt Anoden- und Kathodenelektroden 12 bzw. 14. Die Elektrode 12 besteht aus einer mit einer Kupferfolie 102 bedeckten oder beschichteten Aluminium nitrid- bzw. AlN-Platte bzw. -Scheibe 101. Die Kupfer folie 100 ist dabei nach der genannten DBC-Methode mit der AlN-Platte 101 verbunden. Ebenso besteht die Elektrode 14 aus einer mit einer Kupferfolie 106 beschichteten AlN-Platte oder -Scheibe 104, bei welcher die Kupferfolie 106 nach der erwähnten DBC-Methode mit der AlN-Platte 104 verbunden ist. Die Elektroden 12 und 14 sind einander mit einem vorbestimmten Zwischenraum oder Abstand gegen überstehend angeordnet. In einem zwischen den Elektroden 12 und 14 festgelegten Spalt bzw. Zwischenraum können zehn quadratische Halbleiterschaltelement-Chips 16 ange ordnet sein. An einem Umfangsabschnitt des Zwischenraums zwischen den Elektroden 12 und 14 der Schaltervorrichtung 100 befindet sich eine AlN-Platte 108. Mit jedem Chip 16 ist eine Gateelektrodenleitung 38 verbunden, wobei die Elektrodenleitungen 38 in einem zentralen Abschnitt oder Mittelbereich der Schaltervorrichtung 100 miteinander verbunden sind. Ein isolierendes Gehäuse 22 umschließt die Umfangsfläche der Schaltervorrichtung 100.

Die Schaltervorrichtung 100 ist nachstehend anhand der Fig. 17 und 18 näher erläutert. Jede Elektrode 12 und 14 weist einen mit einem betreffenden Chip 16 in Kontakt stehenden Fortsatz oder Vorsprung 109 auf. Die eine Dicke von 0,03-1,0 mm, vorzugsweise 0,2-0,4 mm besitzenden Kupferfolien 102 und 106 sind jeweils am Chip 16 ange lötet. In der Elektrode 12 (14) ist eine Rille 110 zur Aufnahme und Führung der Gateelektrodenleitung 38 ausge bildet. Zwischen den Umfangsabschnitten der Elektroden 12 und 14 ist ein Zwischenraum 112 zur Aufnahme der AlN- Platte 108 festgelegt. Jeder Chip 16 besitzt beispiels weise die Form einer quadratischen Platte oder Scheibe einer Seitenlänge von 10 mm. Die in die betreffenden Rillen 110 eingelegten Gateelektrodenleitungen 38 be sitzen, von den Chips 16 ausgehend, jeweils gleiche Länge.

Bei der beschriebenen Leistungshalbleiter-Schaltervor richtung 100 entspricht der Wärmedehnungskoeffizient jeder AlN-Platte nahezu demjenigen des jeden Chip bil denden Siliziums. Wenn daher ein Strom durch die Schal tervorrichtung 100 geleitet wird, verringern die AlN- Platten 101, 104 und 108 eine aufgrund der in jedem Chip 16 erzeugten Wärme induzierte Spannung. Außerdem besitzen die Platten 101, 104 und 108 jeweils Isolier eigenschaften und hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Platten 101, 104 und 108 dienen somit zum Isolieren der Elek troden 12 und 14 gegeneinander und zur Verringerung der Wärmewiderstände zwischen dem Chip 16 und den Elektroden 12 und 14. Ein Wärmedehnungskoeffizient von Kupfer ist größer als derjenige des jeden Chip 16 bildenden Sili ziums. Aus diesem Grund wird eine Verformung (strain), die durch eine zwischen jedem Chip 16 und der Elektrode 12 (14) induzierte Wärmespannung aufgrund der im Chip 16 erzeugten Wärme hervorgerufen wird, durch die Kupferfolie 102 (106) der Elektrode 12 (14) absorbiert. Der Chip 16 wird somit durch eine Verformung oder Beanspruchung nicht beeinträchtigt. Da die AlN-Platte 108 im Zwischenraum 112 zwischen den Elektroden 12 und 14 angeordnet ist, wird der Wärmewiderstand der Schaltervorrichtung ver ringert, während eine elektrische Isolierung zwischen den Elektroden 12 und 14 sichergestellt ist. Aus diesem Grund kann die Temperatur der gesamten Schaltervorrichtung 100 praktisch vergleichmäßigt sein. Da die Gateelektrodenlei tungen 38 jeweils gleiche Längen aufweisen, kommen die Ströme vom Anschlußteil der Leitungen 38 praktisch zum gleichen Zeitpunkt an den Chips 16 an. Hierdurch wird die Schaltcharakteristik der Schaltervorrichtung verbessert. Da die Elektroden 12 und 14 an den Chips 16 angelötet sind, braucht zwischen ihnen keine Spann- oder Vorbela stungskraft ausgeübt zu werden. Hierdurch wird ein Bruch der Chips 16 vermieden, weil sie keiner derartigen Kraft unterworfen sind. Aufgrund dieses Merkmals kann das Aus bringen bei der Herstellung der Schaltervorrichtungen ver bessert werden. Außerdem ist eine Gütekontrolle auf ein fache Weise möglich. Außerdem läßt sich ein kompakter Hochleistungs-Chip einfacher herstellen als ein (einzelner) großer Chip. Da die Schaltervorrichtung eine Anzahl kom pakter Hochleistungs-Chips verwendet, läßt sie sich auf einfache Weise fertigen. Außerdem kann die Schaltervor richtung dabei ohne Vergrößerung ihrer Abmessungen eine große Stromkapazität und eine hohe Leistung besitzen.

Fig. 19 veranschaulicht eine Abwandlung der dritten Aus führungsform, bei welcher Anoden- und Kathodenelektroden 12 bzw. 14 jeweils aus Kupfer vorgesehen sind. In den Elektroden 12 und 14 sind Hohlräume bzw. Ausnehmungen 112 bzw. 114 ausgebildet, die jeweils mit einem niedrig schmelzenden Metall 116, z.B. einer Blei-Zinnlegierung hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Wärmeleit fähigkeit, ausgefüllt sind. Ein mit einem Chip 16 in Kon takt stehender Teil oder Abschnitt 118 der Elektrode 12 (14) ist als sehr dünne Kupferfolie ausgebildet. Die an deren Bauelemente entsprechen im wesentlichen denjenigen bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform.

Bei der Schaltungsvorrichtung gemäß der beschriebenen Ab wandlung wird die vom oder im Chip 16 erzeugte Wärme über die Kupferfolie auf das niedrigschmelzende Metall 116 ab geleitet, das unter dieser Wärme schmilzt. Da hierbei die Wärme vom Metall 116 absorbiert bzw. aufgenommen wird, können die Wärmeabstrahlungseigenschaften der Schalter vorrichtung weiter verbessert sein. Aufgrund dieses Merk mals wird eine durch Wärme hervorgerufene Spannung oder Beanspruchung durch die Kupferfolien der Elektroden 12 und 14 herabgesetzt. Außerdem können die Wärmewiderstände zwischen dem Chip 16 und den Elektroden 12 und 14 der Schaltervorrichtung erheblich verringert sein. Da die Gateelektrodendrähte jeweils gleiche Länge besitzen, sind die Ankunftszeitpunkte der Ströme jeweils gleich. Damit erhält die Schaltervorrichtung verbesserte Schaltcharak teristika. Als Ergebnis wird eine Halbleiter-Schaltervor richtung einer großen Kapazität und einer hohen Leistung realisiert.

In Fig. 20 ist eine andere Abwandlung der dritten Aus führungsform dargestellt, bei welcher eine Kupferfolie 102 der Anodenelektrode 12 und eine Kupferfolie 106 der Kathodenelektrode 14 nur auf den mit einem Chip 16 in Kontakt stehenden Flächen vorgesehen oder ausgebildet sind. Die Kupferfolien 102 und 106 sind nach der vorher beschriebenen DBC-Methode mit AlN-Platten oder -Scheiben 101 bzw. 104 verbunden. Die anderen Bauteile entsprechen im wesentlichen denjenigen bei der dritten Ausführungs form.

Bei der Schaltervorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau kann eine elektrische Isolierung ohne weiteres erreicht werden, weil an den Außenflächen keine Kupferfolien vor gesehen sind. Da die AlN-Platte eine hohe Wärmeleitfähig keit besitzt, kann die in jedem Chip erzeugte Wärme zu friedenstellend von den AlN-Platten 101 und 104 der Elektroden 12 bzw. 14 abgestrahlt werden.

Bei der beschriebenen dritten Ausführungsform ist die Kupferfolie mit der betreffenden Elektrode verbunden. Beispielsweise kann jedoch auch ein anderer elektrisch leitfähiger Werkstoff, z.B. eine Aluminium- oder Molybdän folie, verwendet werden. Ein solcher elektrisch leit fähiger Werkstoff kann außerdem durch Ablagern oder Auf dampfen ausgebildet werden. Eine Ablagerungsschicht dieses elektrisch leitfähigen Werkstoffs besitzt vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,05-0,5 mm, wenn der Werkstoff mit dem Chip verlötet ist. Eine Folie einer solchen Dicke ver formt sich leichter als der Chip unter einer aufgrund der Wärmeerzeugung des Chips induzierten Spannung. Infolge dessen kann eine mögliche Zerstörung des Chips durch die Wärmespannung vermieden werden. Wahlweise kann eine der Anoden- und Kathodenelektroden auf die vorstehend be schriebene Weise ausgebildet sein, während die entspre chende andere Elektrode durch Formung eines elektrisch leitfähigen Werkstoffs zu einer Platte bzw. Scheibe oder einer dünnen Folie geformt wird. In diesem Fall wird die Schaltervorrichtung im Betrieb in ein Ölbad gesetzt, um die elektrische Isolierung zu erreichen. Während bei der beschriebenen Ausführungsform zahlreiche Chips in einer Kreisform angeordnet sind, können sie auch nach Art eines Netzwerks parallel angeordnet sein. Zur Verbesserung der Schaltcharakteristika sind die Längen der an die einzelnen Chips angeschlossenen Gateelektrodenleitungen vorzugsweise jeweils gleich groß.

Im folgenden ist anhand von Fig. 21 eine vierte Ausfüh rungsform einer Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung 120 beschrieben, die Anoden- und Kathodenelektroden 12 und 14 aufweist. Die Elektrode 12 besteht aus einer mit einer Kupferfolie 122 belegten oder beschichteten Aluminium nitrid- bzw. AlN-Platte bzw. -Scheibe 121. Auf ähnliche Weise besteht die Elektrode 14 aus einer mit einer Kupfer folie 124 beschichteten AlN-Platte oder -Scheibe 123. Die Kupferfolien 122 und 124 sind nach der beschriebenen DBC- Methode mit den AlN-Platten 121 bzw. 123 verbunden. Die Elektroden 12 und 14 sind einander mit einem vorbestimmten Abstand gegenüberstehend angeordnet. In einem Spalt oder Zwischenraum zwischen den Elektroden 12 und 14 ist ein quadratischer Halbleiterschaltelement-Chip 16 ange ordnet. Die Kupferfolien 122, 124, die an diesem Chip 16 angelötet sind, besitzen jeweils eine Dicke von 0,03-1,0 mm, vorzugsweise 0,2-0,4 mm. Jede Elektrode 12 und 14 weist einen mit dem Chip 16 in Kontakt stehenden Fortsatz oder Vorsprung 126 auf. In einem Umfangsbereich des Zwischenraums zwischen den Elek troden 12 und 14 ist eine AlN-Platte 125 angeordnet. Eine mit dem Chip 16 verbundene Gateelektroden leitung 38 ist in eine in den Elektroden 12 und 14 aus gebildete Rille eingelegt. Ein isolierendes Gehäuse 22 umschließt oder bedeckt die Umfangsfläche der Schalter vorrichtung 120.

Die beschriebene Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung 120 weist nur einen einzigen Chip 16 auf, der aus einem Transistor mit isolierter Gateelektrode besteht, z.B. einem in einem Siliziumplättchen erzeugten MOSFET oder IGBT. Wenn die Schaltervorrichtung 120 von einem Strom durchflossen wird, erzeugt der Chip 16 Wärme. Die einen Wärmedehnungskoeffizienten nahezu entsprechend demjenigen von Silizium aufweisenden AlN-Platten besitzen Isolier eigenschaften und gute Wärmeleitfähigkeit. Infolgedessen leiten die AlN-Platten 121, 123 die vom bzw. im Chip 16 erzeugte Wärme über die Kupferfolien 122, 124 ab, um eine Wärmespannung in Durchmesserrichtung zu verringern. Außerdem reduzieren die Platten 121, 123 einen Wärme widerstand zwischen der Außenfläche des Chips 16 und den Elektroden 12 und 14. Die AlN-Platte 125 strahlt die vom Chip 16 erzeugte Wärme unter Verringerung einer Wärmespannung in Durchmesserrichtung ab. Mit der beschrie benen Anordnung wird eine nur einen einzigen Halbleiter- Chip aufweisende Hochleistungs-Schaltervorrichtung reali siert. Da bei dieser Ausführungsform die Wärme über die Seitenfläche des Chips abgeleitet oder abgeführt wird, wird Wärme zufriedenstellend abgestrahlt, so daß eine im Chip induzierte Wärmespannung ohne weiteres verringert werden kann. Da der Chip an Anoden- und Kathodenelek troden angelötet ist, unterliegt er keinem Bruch aufgrund einer Spann- oder Vorbelastungskraft. Die beschriebene Ausführungsform ist verschiedenen Abwandlungen zugäng lich. Anstelle der AlN-Platte 125 kann z.B. pulverför miges Aluminiumnitrid verwendet werden. Hierdurch kann eine im Chip induzierte (oder erzeugte) Wärmespannung ohne weiteres verringert werden.

Fig. 22 zeigt eine Abwandlung der vierten Ausführungs form, bei welcher Anoden- und Kathodenelektroden 12 bzw. 14 unterschiedlicher Formen vorgesehen sind. Innerhalb der Anodenelektrode 12 befindet sich eine AlN-Platte oder -Scheibe 121, die mit einer Kupferfolie 122 bedeckt ist, welche ihrerseits nach der beschriebenen DBC-Methode mit der Platte 121 verbunden ist. Im Inneren der Kathoden elektrode 14 befindet sich eine AlN-Platte oder -Scheibe 123, die mit einer Kupferfolie 124 bedeckt ist, welche ihrerseits nach der beschriebenen DBC-Methode mit der Platte 123 verbunden ist. Zwischen den Elektroden 12 und 14 ist ein Chip 16 angeordnet, an den eine Gateelektroden leitung 38 angeschlossen ist. An einem mit dem Chip 16 in Kontakt zu bringenden Abschnitt der Elektrode 12 (14) ist ein Fortsatz oder Vorsprung 126 angeformt. Zwischen den Elektroden 12 und 14 ist um den Chip 16 herum ein Zwischenraum 112 festgelegt, in den eine AlN-Platte 125 eingesetzt ist. Die von jedem Chip 16 abgehende Gate elektrodenleitung 38 ist durch eine Bohrung in der Platte 125 hindurchgeführt.

Da bei der beschriebenen Schaltervorrichtung eine Ober fläche der nach außen freiliegenden Fläche der Elektrode groß ist, läßt sich ein elektrischer Anschluß von der Folie her einfach vornehmen.

Nachstehend ist anhand der Fig. 23 und 24 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleiter-Schal tervorrichtung 150 beschrieben, die Anoden- und Kathoden elektroden 152 bzw. 154 aufweist. Die Anodenelektrode 152 besteht aus einer AlN-Platte oder -Scheibe 156 und einer dünnen Kupferplatte oder -scheibe 158. Letztere ist nach der beschriebenen DBC-Methode mit der AlN-Platte 156 ver bunden. Die Dicke der Kupferplatte 158 beträgt 0,03- 1,0 mm, vorzugsweise 0,2-0,4 mm. In der Elektrode 152 ist ein Hohlraum bzw. eine Ausnehmung ausgebildet, und in dieser Ausnehmung ist ein Teil der AlN-Platte 156 aus gespart (notched), wobei ein Teil der Kupferplatte 158 nahe des ausgesparten Abschnitts unter Bildung eines Fortsatzes oder Vorsprungs 159 nach außen ragt. Die Kathodenelektrode 154 besteht aus einer AlN-Platte oder -Scheibe 160 und einer dünnen Kupferplatte oder -scheibe 162, wobei letztere nach der beschriebenen DBC-Methode mit der AlN-Platte 160 verbunden ist. Die Dicke der Kupferplatte 162 beträgt 0,03-1,0 mm, vorzugsweise 0,2-0,4 mm. In der Elektrode 154 ist eine Ausnehmung ausgebildet, in welcher ein Teil der AlN-Platte 160 aus gespart ist, wobei ein Teil oder Abschnitt der Kupfer platte 162 im Bereich des ausgesparten Abschnitts unter Bildung eines Vorsprungs 162 nach außen ragt. Zu den Vorsprüngen 159 und 163 hin offene Rohre oder Röhrchen 155 sind von außen her in die Elektroden 152 bzw. 154 eingesetzt. Nach außen offene Rohre oder Röhrchen 157 sind in die Seitenflächen der Elektroden 152 und 154 ein gesetzt. Mit den Rohren 155 und 157 ist eine Kühleinheit 153 verbunden, wobei die Hohlräume oder Ausnehmungen der Elektroden 152 und 154 mit einem isolierenden Kühlmittel, wie einer Freonlösung (freorene solution), gefüllt sind. Die Kühlmittellösung wird über eine Düse jedes Rohrs 155 in einen Innenabschnitt des Vorsprungs 159 (163) der be treffenden Kupferplatte 158 (162) eingeführt und an schließend über das jeweilige Rohr 157 abgeführt. Zwischen den Vorsprüngen 159 und 163 der Kupferplatten 158 bzw. 162 der Elektroden 152 bzw. 154 ist ein Halbleiterschalt element-Chip 16 angeordnet, der an den Vorsprüngen 159 und 163 der Platten 158 bzw. 162 angelötet ist und an den eine Gateelektrodenleitung 166 angeschlossen ist. Die Längen der einzelnen Leitungen 166 sind jeweils gleich groß, und die Leitungen 166 sind an einen Mittelbereich der Schaltervorrichtung 150 angeschlossen. An diesen An schlußteil ist eine nicht dargestellte, nach außen führen de Zuleitung angeschlossen. Ein isolierendes Gehäuse 166 bedeckt oder umschließt die Umfangsflächen der Elektroden 152 und 154.

Von der Kühleinheit 153 zugeführte Kühlmittellösung wird über die Düsen (Mundstücke) der Rohre 155 in die jeweiligen, mit dem Chip 16 in Kontakt stehenden Ausnehmungsab schnitte 159 und 163 der Kupferplatten 158 bzw. 162 ein gespritzt. Da hierbei die im Chip 16, wenn ein Strom die Schaltervorrichtung 150 durchfließt, erzeugte Wärme durch die genannte Kühlmittellösung aufgenommen wird, kann der Chip ausreichend gekühlt werden. Bei dieser Halbleiter- Schaltervorrichtung kann somit entweder die Stromkapazi tät des Chips entsprechend erhöht oder die Zahl der ver wendeten Chips vergrößert werden. Demzufolge läßt sich eine Halbleiter-Schaltervorrichtung einer großen Kapazi tät realisieren. Da außerdem die mit den Chips verbundenen Gateelektrodenleitungen jeweils gleiche Länge aufweisen, sind die Ankunftszeiten der Ströme an den Chips jeweils gleich. Damit wird die Schaltcharakteristik der Schalter vorrichtung verbessert. Infolgedessen kann eine hohe Leistung dieser Schaltervorrichtung erreicht werden.

Claims

1. Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung, umfassend eine als Wärmesumpf wirkende Anodenelektrode (12), eine als Wärmesumpf wirkende Kathodenelektrode (14),
einen zwischen Anoden- und Kathodenelektrode angeordneten Halbleiterschalt(er)element-Chip (16) und
eine mit dem Chip verbundene Gateelektrodenleitung (38),
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterschalt element-Chips parallel zueinander zwischen den Anoden- und Kathodenelektroden angeordnet sind und die Zahl dieser Chips so gewählt ist, daß eine Gesamtgröße der durch die Chips fließenden Nennströme gleich groß oder größer ist als ein Nennstrom der Schaltervorrichtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) mit einer Spann- oder Vorbelastungskraft (urging force) beaufschlagt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltelement-Chips (16) auf einem Kreis in gleichen (gegenseitigen) Abständen zwischen den Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterschaltelement-Chip (16) aus einem Transistor mit isolierter Gateelektrode bzw. Isolier schicht-Transistor, einschließlich eines Verbundtyps, besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um die Chips herum eine Einrichtung zur Verringe rung einer in den Halbleiterschaltelement-Chips (16) induzierten Wärmespannung und zum Ableiten von Wärme von den (Ober-)Flächen der Chips zu den Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine niedrigschmelzende Metallschicht (42) zwischen den Halbleiterschaltele ment-Chips (16) sowie den Anoden- und Kathodenelektro den (12, 14) umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine in Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) eingelassene Aluminium nitridschicht (56) oder Siliziumschicht umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine Aluminiumnitridschicht (18, 20) umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumnitridschicht (18, 20) mindestens eine Öffnung oder Bohrung (44) zur Aufnahme jedes der Halbleiterschaltelement-Chips (16) aufweist und die Bohrung mit einer Stufe (46 a) versehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine pulverförmige Aluminium nitridschicht (60) umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine mit Siliziumoxid (64) bedeckte oder überzogene Siliziumschicht (66) umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterschaltelement-Chip (16) aus Sili zium besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine elektrisch leit fähige Materialschicht (34) umfaßt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) je weils aus einer Aluminiumnitridplatte oder -scheibe bestehen, die mit einer elektrisch leitfähigen Ma terialschicht (58, 102, 106) bedeckt oder beschichtet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) je weils mindestens eine Siliziumplatte oder -scheibe (62) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrodenleitungen (38) jeweils gleiche Längen von den Chips (16) aus aufweisen und mitein ander verbunden sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Anoden- und Kathodenelektro den (12, 14) eine Einrichtung zum Herabsetzen einer in den Chips (16) induzierten Wärmespannung und zum Ableiten von Wärme von den Chips zu den Elektroden aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der genannten Einrichtung und den Chips (16) ein mit letzteren verbundenes elektrisch leit fähiges Material (102) einer solchen Dicke, daß es sich leichter als die Chips verformen kann, angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung Aluminiumnitrid (101) oder ein niedrigschmelzendes Metall (116) umfaßt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) je weils aus einer mit einem elektrisch leitfähigen Ma terial (102) bedeckten oder beschichteten Aluminium nitridplatte bzw. -scheibe (101, 104) bestehen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, in mindestens einer dieser Elektroden ein Hohlraum bzw. eine Ausnehmung (12, 14) ausgebildet ist und ein mit jedem der Chips (16) in Kontakt stehenden Kontakt abschnitt (118) jeder der Elektroden eine solche Dicke aufweist, daß er sich leichter verformen kann als der Chip.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mit einem niedrigschmelzenden Me tall (116) gefüllt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material an den Chips angelötet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material als dünne Folie oder als ein durch Aufdampfen erhaltener Dünnfilm geformt ist.

25. Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung, umfassend eine als Wärmesumpf wirkende Anodenelektrode (12), eine als Wärmesumpf wirkende Kathodenelektrode (14) und
einen zwischen Anoden- und Kathodenelektroden ange ordneten Halbleiterschalt(er)element-Chip (16), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anoden- und Kathodenelektroden mehrere Halbleiterschaltelement- Chips angeordnet sind und die Zahl dieser Chips so gewählt ist, daß eine Gesamtgröße der durch die Chips fließenden Nennströme gleich groß oder größer ist als ein Nennstrom der Schaltervorrichtung,
eine Gateelektrodenplatte oder -scheibe (74) zwischen den Anoden- und Kathodenelektroden angeordnet und mit einer externen Zuleitung (40) verbunden ist und Gateelektrodenleitungen (38) an die Chips und an die Gateelektrodenplatte angeschlossen sind.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterschaltelement-Chip (16) aus Sili zium besteht.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Herstellung einer elektrischen Isolierung und zur wirksamen Wärmeableitung oder -ab führung zwischen der Gateelektrodenplatte (74) sowie den Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) ange ordnet ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß alle Gateelektrodenleitungen (38) jeweils gleiche Längen besitzen.

29. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Herabsetzen einer in den Chips (16) induzierten Wärmespannung und zum Ableiten oder Abführen von Wärme von den Flächen der Chips um die Halbleiterschaltelement-Chips herum angeordnet ist.

30. Vorrichtung nach Anspruch 25 bzw. 29, dadurch gekenn zeichnet, daß die genannte Einrichtung eine Aluminium nitridschicht (78) umfaßt.

31. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung pulverförmige Aluminium nitridschichten (70, 72) umfaßt.

32. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine mit einer Silizium oxidschicht bedeckte Siliziumschicht umfaßt.

33. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrodenplatte (74) aus einem scheiben förmigen Element besteht und die Halbleiterschalt element-Chips (16) kreisförmig in gleichen gegen seitigen Abständen und mit einem vorbestimmten Ab stand vom Umfang der Elektrodenplatte angeordnet sind.

34. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (40) mit einem zentralen Abschnitt bzw. Mittelbereich der Gateelektrodenplatte (74) ver bunden ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterschaltelement-Chip (16) aus einem Transistor mit isolierter Gateelektrode bzw. Isolier schicht-Transistor, einschließlich eines Verbundtyps, besteht.

36. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine elektrisch leit fähige Materialschicht (34, 36) aufweist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) eine Spann- bzw. Vorbelastungskraft angelegt ist.

38. Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung, umfassend eine Anodenelektrode (152) und eine Kathodenelektrode (154), von denen mindestens eine mit einem Hohlraum bzw. einer Ausnehmung versehen ist,
mindestens einen zwischen Anoden- und Kathodenelek troden angeordneten Halbleiterschaltelement-Chip (16) und
eine an den Chip angeschlossene Gateelektrodenleitung (166) ,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterschalt element-Chips zwischen Anoden- und Kathodenelektroden angeordnet sind und daß weiterhin eine Einrichtung zum externen (bzw. von außen her erfolgenden) Um wälzen eines Kühlmittels in der Ausnehmung jeder Anoden- und Kathodenelektrode zum Kühlen der Chips vorgesehen ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Halbleiterschaltelement-Chips (16) so gewählt ist, daß der Gesamtnennstrom der Chips gleich groß oder größer ist als ein für die Schal tervorrichtung geforderter Nennstrom.

40. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschaltelement-Chips (16) kreisför mig mit gleichen Abständen zwischen Anoden- und Kathodenelektroden (152, 154) angeordnet sind.

41. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung zum Umwälzen des Kühlmittels eine Kühleinheit (153) zum Kühlen des Kühlmittels so wie mit den Elektroden (152, 154) verbundene Rohrlei tungen (155, 157) umfaßt.

42. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anoden- und Kathodenelektrode (152, 154) aus einer mit einer Ausnehmung versehenen AlN-Platte oder -Scheibe (156, 160) und einer Kupferplatte oder -scheibe (158, 162) besteht.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Chip (16) in Kontakt zu bringender Abschnitt der Kupferplatte (158, 162) jeder Elektrode (152, 154) unter Bildung eines Fortsatzes oder Vor sprungs (159) nach außen ragt und in der AlN-Platte (156, 160) in einem Bereich dicht am Vorsprung eine Bohrung ausgebildet ist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel unmittelbar zum Vorsprung (159) der Kupferplatte (158, 162) von der Außenseite jeder Elektrode (152, 154) über die Ausnehmung in der AlN-Platte eingeleitet oder eingespritzt wird.

45. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterschaltelement-Chip (16) aus einem Transistor mit isolierter Gateelektrode bzw. Isolier schicht-Transistor, einschließlich eines Verbundtyps, besteht.

46. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halbleiterschaltelement-Chip (16) aus Si lizium besteht.

47. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrodenleitungen (166) gleiche Längen aufweisen und miteinander verbunden sind.

48. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung eine Kühleinheit (153) sowie Rohrleitungen (155, 157) aufweist und die jeweiligen Rohrleitungen mit einer betreffenden Elektrode (152, 154) verbunden sind, so daß Kühlmittel von der Kühl einheit unmittelbar zum Vorsprung über die Ausnehmung in der Elektrode eingeleitet wird.

49. Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung, umfassend eine als Wärmesumpf wirkende Anodenelektrode (12), eine als Wärmesumpf wirkende Kathodenelektrode (14),
mindestens einen zwischen den Anoden- und Kathoden elektroden angeordneten Halbleiterschaltelement-Chip (16) und
eine mit dem Chip verbundene Gateelektrodenleitung (38), gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (121, 123, 125) zum Vermindern einer im Chip induzierten Wärmespannung und zum Ableiten von Wärme von der Oberfläche des Chips zu Anoden- und Kathodenelektroden.

50. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Halbleiterschaltelement- Chip (16) ein Transistor mit isolierter Gateelektrode oder Isolierschicht-Transistor, einschließlich eines Verbundtyps ist.

51. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine Aluminiumnitrid schicht (125) umfaßt.

52. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) jeweils aus einer mit einer elektrisch leitfähigen Material schicht (122, 124) bedeckten Aluminiumnitridplatte oder -scheibe (121, 123) bestehen.

53. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine pulverförmige Aluminiumnitridschicht umfaßt.

54. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Halbleiterschaltelement-Chip (16) aus Silizium besteht.

55. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Anoden- und Kathodenelektroden (12, 14) so geformt ist, daß ein Endabschnitt im Schnitt länger ist als der andere Endabschnitt und die langen Ab schnitte der Elektroden symmetrisch und in entgegen gesetzten Richtungen zueinander angeordnet sind.

56. Vorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung eine niedrigschmelzende Metallschicht umfaßt.

57. Vorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material (102, 106, 122, 124) am Chip (16) angelötet ist.

58. Vorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material (102, 106, 122, 124) in Form einer dünnen Folie oder eines durch Aufdampfen erhaltenen Dünnfilms ausgebildet ist.