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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine modulare Halbleiterbaugruppe und insbesondere eine Halbleiterbaugruppe,
die im Inneren ein Schaltelement hat, an dem ein Gatewiderstand
angebracht ist.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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13 ist
eine schematische Darstellung einer Konfiguration einer bekannten
modularen Leistungshalbleiterbaugruppe. 14 ist eine Schnittansicht entlang der
Linie A-A von 13, gesehen
in Richtung des Pfeils.
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In den 13 und 14 sind Schaltelemente T1 bis T3 auf
einem Isolatorsubstrat 2 angebracht, auf dem eine vorgegebene
Schaltungsstruktur bzw. ein Schaltungsmuster aus leitfähiger Folie
gebildet ist. Auf dem Isolatorsubstrat 2 sind große Leitfolienmuster 21 und 22 und
relativ kleine Leitfolienmuster 23, 24 und 25 gebildet,
und die Schaltelemente T1 bis T3 sind auf dem
Leitfolienmuster 21 ausgefluchtet. Das Isolatorsubstrat 2 ist
auf einer oberen Oberfläche
einer Wärmesenke 1 angebracht,
die im Betrieb der Schaltelemente T1 bis T3 erzeugte
Wärme abstrahlt.
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Ein kastenförmiges Harzgehäuse 3 ist
auf der oberen Oberfläche
der Wärmesenke 1 so
angebracht, daß es
das Isolatorsubstrat 2 umgibt. Das Harzgehäuse 3 weist
plattenförmige
Hauptelektroden M1 und M2 und eine Signalanschlußplatte
S1 auf, die im Inneren der Seitenwand eingebettet ist.
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Die meisten Bereiche der Hauptelektroden M1 und M2 und
der Signalanschlußplatte
S1 sind im Inneren der Seitenwand des Harzgehäuses 3 eingebettet
mit Ausnahme von Bereichen, die durch eine obere Oberfläche des
Harzgehäuses 3 vorstehen, und
von Bereichen, die Anschlußbasen N1, N2 und P1 sein
sollen und innerhalb des Harzgehäuses 3 liegen.
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Die Anschlußbasis N1 ist ein
Endbereich der Hauptelektrode M1, die Anschlußbasis N2 ist
ein Endbereich der Hauptelektrode M2, und die Anschlußbasis P1 ist
ein Endbereich der Signalanschlußplatte S1. Die Anschlußbasis N1 ist
elektrisch mit dem Leitfolienmuster 21 verbunden, und die
Anschlußbasis N2 ist
elektrisch mit den Schaltelementen T1 bis T3 verbunden.
Die Steuerelektroden der Schaltelemente T1 bis T3 (die
noch erläutert
werden) sind jeweils mit den Leitfolienmustern 23 bis 25 elektrisch
verbunden, und die Leitfolienmuster 23 bis 25 sind
jeweils mit dem Leitfolienmuster 22 durch Widerstände R1 bis R3 elektrisch
verbunden. Elektrische Verbindungen zwischen der Anschlußbasis und
dem Leitfolienmuster sowie zwischen den Schaltelementen und der
Anschlußbasis
sind mit Drahtleitungen WL (Bonddrähten) hergestellt.
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15 zeigt
eine Schaltungskonfiguration der bekannten Halbleiterbaugruppe.
in 15 sind die Schaltelemente T1 bis T3 (Bipolartransistoren
mit isolierter Gateelektrode bzw. IGBT) parallel zueinander geschaltet.
Die jeweiligen Kollektorelektroden der Schaltelemente T1 bis T3 sind
mit der Hauptelektrode M1 verbunden, die jeweiligen Emitterelektroden sind
mit der Hauptelektrode M2 verbunden, und die jeweiligen
Gateelektroden sind mit der Signalanschlußplatte S1 durch die
Widerstände R1 bis R3 verbunden.
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Wie 15 zeigt,
sind die Widerstände R1 bis R3 Gatewiderstände der
jeweiligen Schaltelemente T1 bis T3, die den Effekt
des Ausgleichs der jeweiligen Gatesströme der Schaltelemente T1 bis T3 während der
Ein-/Aus-Steuervorgänge
der Schaltelemente T1 bis T3 haben. Die Verbindungspfade mit
den entsprechenden Gates der Schaltelemente T1 bis T3 können aus
Layout-Gründen
nicht immer gleiche Länge
haben. Wenn die jeweiligen Verbindungspfade unterschiedliche Länge haben,
sind die entsprechenden Gates der Schaltelemente T1 bis T3 mit
Drahtwiderständen
mit unterschiedlichem Wert verbunden, und Gatesignale zur Steuerung
der jeweiligen Gates haben verschiedene Spannungen, so daß ungleiche
Gateströme
der Schaltelemente T1 bis T3 erzeugt werden. Um
den Unterschied der Drahtwiderstände
zu beseitigen, sind zusätzlich
die Widerstände R1 bis R3 vorgesehen,
die ausreichend größer als
die Drahtwiderstände
der Schaltelemente T1 bis T3 sind, um gleiche
Gateströme
zu erhalten, und werden aufgrund ihrer Funktion des Ausgleichens
der Gateströme
der Schaltelemente T1 bis T3 als "Abgleichwiderstände" bezeichnet.
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Die Konfiguration der bekannten Widerstände R1 bis R3 wird
unter Bezugnahme auf die 16A und 16B erläutert, die den Teil "B" von 13 im
einzelnen zeigen.
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16A ist
eine Draufsicht, und 16B ist ein
Schnitt entlang der Linie B-B von 16A,
gesehen in Pfeilrichtung. Wie die 16A und 16B zeigen, umfaßt der bekannte
Widerstand R2 (ebenso wie R1 und R3)
eine Isolatorplatte IS, eine Widerstandsschicht RS aus
einer Dünnschicht,
die selektiv auf einem zentralen Bereich einer oberen Hauptoberfläche der
Isolatorplatte IS gebildet ist, leitende Schichten CS1 und CS2 aus
Dünnschichten,
die mit gegenüberliegenden
Randbereichen der Widerstandsschicht RS in Eingriff sind,
und eine Schutzschicht PS, die über der Widerstandsschicht RS vorgesehen
ist, um die Widerstandsschicht RS vor dem Eindringen von
Wasser und dem Bruch infolge einer äußeren Kraft zu schützen.
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Die leitenden Schichten CS1 und CS2 erstrecken
sich in entgegengesetzten Richtungen von den gegenüberliegenden
Randbereichen der Widerstandsschicht RS entlang den gegenüberliegenden Seitenflächen und
den gegenüberliegenden
Randbereichen der unteren Hauptoberflächen der Isolatorplatte IS,
wobei sie in den unteren Hauptoberflächen der Isolatorplatte IS
miteinander nicht in Kontakt gelangen.
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Wenn der Widerstand R2 mit
den Leitfolienmustern 22 und 24 so verbunden wird,
daß seine
Seite, auf der keine Widerstandsschicht RS vorgesehen ist
(d. h. seine untere Hauptoberfläche),
nach unten weist, so daß die
leitenden Schichten CS1 und CS2 mit den Leitfolienmustern 22 bzw. 24 in
Kontakt gebracht werden können,
fließt
ein Strom in der Widerstandsschicht RS durch die leitenden Schichten CS1 und CS2.
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Eine Drahtleitung WL, die mit dem
Schaltelement T2 verbunden ist, ist mit dem Leitfolienmuster 24 gebondet,
da die Drahtleitung WL nicht direkt mit den leitenden Schichten CS1 und CS2 gebondet
werden kann. Daher muß der
Widerstand über
den elektrisch eigenständigen
Leitfolienmustern angeordnet sein, weil das direkte Bonden der Drahtleitungen
damit nicht zulässig
ist. Das Leitfolienmuster 24 wird nur zum Drahtbonden benötigt.
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Wie oben erörtert, hat die bekannte Leistungshalbleiterbaugruppe
eine Konfiguration, bei der die Widerstände R1 bis R3 an
den parallelgeschalteten Schaltelementen T1 bis T3 angebracht
sind, um einen gleichmäßigen Betrieb
zu erreichen. Die Widerstände,
an die die Drahtleiter nicht direkt gebondet werden können, müssen über den
elektrisch eigenständigen
Leitfolienmustern angeordnet sein. Für die Anbringung der Widerstände R1 bis R3 werden daher
die Leitfolienmuster nur zum Bonden der Drahtleitungen WL benötigt, die
mit den jeweiligen Gateelektroden der Schaltelemente T1 bis T3 verbunden
sind.
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Bei der bekannten Halbleiterbaugruppe
sind die Schaltungsmuster auf dem Isolatorsubstrat groß und kompliziert
aufgrund der vielen Beschränkungen in
Bezug auf das Layout und der Notwendigkeit, die Leitfolienmuster
vorzusehen, die nur zum Drahtbonden dienen, und daher kann eine
Größenreduzierung der
Gesamtbaugruppe nicht erreicht werden.
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Eine weitere modulare Halbleiterbaugruppe ist
bekannt aus Sakamoto et al.: "Thermal
Design and Structure of Thick Film Hybrid IC Based On Insulated
Acominum Substrate",
Proceedings of the Annual Semiconductor Thermal Measurement and
Management Symposium, Austin, Feb. 1–4, 1993, 2. Feb. 1993, S.
186–196,
XP000399295 Institute of Electrical and Electronics Engineers.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Halbleiterbaugruppe gemäß dem Anspruch
1. Gemäß einem
ersten Beispiel weist die Halbleiterbaugruppe folgendes auf: eine
Aufhängeeinheit;
ein Harzgehäuse,
das kastenförmig
und elektrisch isolierend ist und eine Unterseite hat, die mit der
Aufhängeeinheit
versehen ist; eine Leiterplatte, die an der Aufhängeeinheit vorgesehen ist und
ein vorbestimmtes Schaltungsmuster hat; mindestens ein Schaltelement,
das auf der Leiterplatte vorgesehen ist und eine Steuerelektrode
hat; eine Signalanschlußplatte
zum Einführen
eines Steuersignals, das an die Steuerelektrode des mindestens einen
Schaltelements anzulegen ist; und einen Widerstand, der elektrisch
zwischen der Steuerelektrode und der Signalanschlußplatte
angeordnet ist. Der Widerstand weist folgendes auf: eine Isolatorplatte;
eine Widerstandsschicht, die aus einer dünnen Metallschicht besteht
und auf einer Hauptoberfläche
der Isolatorplatte selektiv vorgesehen ist; eine erste Elektrodenschicht,
die nur auf der einen Hauptoberfläche der Isolatorplatte vorgesehen
und mit der Widerstandsschicht verbunden ist und als einer von Stromeingangs-/-ausgangsbereichen
der Widerstandsschicht dient; und eine zweite Elektrodenschicht,
die sich von der einen Hauptoberfläche der Isolatorplatte entlang
einer ihrer Seitenflächen
und der gesamten Hauptoberfläche
erstreckt, die der einen Hauptoberfläche der Isolatorplatte gegenüberliegt,
und mit der Widerstandsschicht verbunden ist und als der andere
Stromeingangs-/-ausgangsbereich der Widerstandsschicht dient. Eine
elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektrode und der Widerstandsschicht
wird hergestellt, indem eine Drahtleitung unmittelbar zwischen die
Steuerelektrode und die erste Elektrodenschicht gebondet wird.
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Gemäß einem zweiten Beispiel weist
das vorgegebene Schaltungsmuster der Leiterplatte bei der Halbleiterbaugruppe
des ersten Beispiels folgendes auf: ein erstes Schaltungsmuster,
an dem das mindestens eine Schaltelement angebracht ist; und ein
zweites Schaltungsmuster, an dem der Widerstand angebracht ist,
wobei der Widerstand auf dem zweiten Schaltungsmuster angebracht
ist und die zweite Elektrodenschicht auf das zweite Schaltungsmuster
gebondet ist, und wobei die Signalanschlußplatte und das zweite Schaltungsmuster
elektrisch verbunden sind, um den Widerstand zwischen die Steuerelektrode
und die Signalanschlußplatte
elektrisch zwischenzuschalten.
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Gemäß einem dritten Beispiel weist
die Halbleiterbaugruppe des ersten Beispiels Ferner folgendes auf:
ein Widerstände
tragendes Substrat, das unabhängig
von der Leiterplatte vorgesehen ist und ein Schaltungsmuster hat,
auf dem der Widerstand anzubringen ist. Bei der Halbleiterbaugruppe
gemäß dem ersten
Aspekt ist der Widerstand auf dem Schaltungsmuster für den Widerstand
angebracht, und die zweite Elektrodenschicht ist an das Schaltungsmuster
für den
Widerstand gebondet, und die Signalanschlußplatte und das Schaltungsmuster
für den
Widerstand sind elektrisch verbunden, um den Widerstand zwischen
die Steuerelektrode und die Signalanschlußplatte elektrisch zwischenzuschalten.
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Gemäß einem vierten Beispiel hat
bei der Halbleiterbaugruppe nach dem ersten Beispiel die Signalanschlußplatte
ein Ende, das durch eine obere Oberfläche des Harzgehäuses hindurch
nach außen ragt,
und das andere Ende ist innerhalb des Harzgehäuses angeordnet und dient als
Anschlußbasis,
und der Widerstand ist zwischen die Steuerelektrode und die Signalanschlußplatte
elektrisch zwischengeschaltet, wobei die zweite Elektrodenschicht
auf die Anschlußbasis
gebondet ist.
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Gemäß einem fünften Beispiel weist bei der Halbleiterbaugruppe
des ersten Beispiels die erste Elektrodenschicht des Widerstands
folgendes auf: eine erste leitfähige
Schicht, die so vorgesehen ist, daß sie mit der einen Hauptoberfläche der
Isolatorplatte in direkten Kontakt gelangt und eine direkte Verbindung
mit der Widerstandsschicht herstellt, und eine zweite leitfähige Schicht,
die auf der ersten leitfähigen
Schicht gebildet ist, um das Drahtbonden zu ermöglichen.
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Bei der Halbleiterbaugruppe des ersten
Beispiels mit dem Widerstand, der einen Strom durch die erste Elektrodenschicht,
die Widerstandsschicht und die zweite Elektrodenschicht in dieser
Reihenfolge oder in der umgekehrten Reihenfolge führen kann, wird
das Steuersignal durch die zweite Elektrodenschicht, die Widerstandsschicht
und die erste Elektrodenschicht in dieser Reihenfolge, also von
der Seite der unteren Oberfläche
zu der Seite der oberen Oberfläche,
zugeführt
durch Bonden der Drahtleitungen direkt mit der ersten Elektrodenschicht
und durch Anordnen des Widerstands mit der zweiten Elektrodenschicht
nach unten, so daß er mit der Signalanschlußplatte
elektrisch verbunden ist. Dadurch erzielt die Halbleiterbaugruppe
des ersten Beispiels eine höhere
Flexibilität
bei der Anordnung des Widerstands und eine Verkleinerung der Gesamtbaugruppe
im Vergleich mit der bekannten Halbleiterbaugruppe, bei der der
Widerstand das direkte Bondes daran nicht zuläßt und über zwei elektrisch eigenständige Leitfolienmuster
angeordnet werden sollte.
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Die Halbleiterbaugruppe nach dem
zweiten Beispiel erzielt eine praktikable Konfiguration zur Zuführung des
Steuersignals durch die zweite Elektrodenschicht, die Widerstandsschicht
und die erste Elektrodenschicht in dieser Reihenfolge, ausgehend von
der Seite der unteren Oberfläche
zu der Seite der oberen Oberfläche,
wobei der Widerstand so angeordnet ist, daß die zweite Elektrodenschicht
auf das zweite Schaltungsmuster gebondet werden kann, um eine elektrische
Verbindung zwischen der Signalanschlußplatte und dem zweiten Schaltungsmuster
herzustellen.
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Die Halbleiterbaugruppe nach dem
dritten Beispiel, die das Widerstände tragende Substrat aufweist
und unabhängig
von der Leiterplatte vorgesehen ist, verkleinert die Fläche der
Leiterplatte im Vergleich mit anderen Halbleiterbaugruppen, bei
denen das Schaltungsmuster für
den Widerstand auf der Leiterplatte gebildet ist. Außerdem wird
die Halbleiterbaugruppe mit niedrigeren Fertigungskosten bereitgestellt,
wenn das Widerstände
tragende Substrat aus einem billigeren Material als die Leiterplatte
gebildet ist.
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Die Halbleiterbaugruppe des vierten
Beispiels, bei der der Widerstand zwischen die Steuerelektrode und
die Signalanschlußplatte
elektrisch zwischengeschaltet ist, wobei die zweite Elektrodenschicht
auf die Anschlußbasis,
die ein Ende der Signalanschlußplatte
ist, gebondet ist, ist insgesamt kleiner als andere Halbleiterbaugruppen,
bei denen das Schaltungsmuster für
den Widerstand auf der Leiterplatte und das Widerstände tragende
Substrat unabhängig
von der Leiterplatte vorgesehen ist.
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Die Halbleiterbaugruppe des fünften Beispiels
erzielt eine praktikable Konfiguration zur Bereitstellung eines
Widerstands, an den Drahtleiter direkt gebondet werden können, um
die Gesamtbaugruppe zu verkleinern, wobei der Widerstand aus der ersten
und der zweiten leitfähigen
Schicht besteht und die erste leitfähige Schicht aus einem Material besteht,
das mit der Isolatorplatte innig haftend verbunden ist, und die
zweite leitfähige
Schicht aus einem Material besteht, auf das die Drahtleiter gebondet
werden können,
und das eine ausreichende Fläche
hat, um den Kontakt mit einem Bondwerkzeug zu gewährleisten.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung einer kleineren Halbleiterbaugruppe, die
Widerstände
aufweist, an die Drahtleiter direkt gebondet werden können.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden genauen Beschreibung der vorliegenden Erfindung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration einer Halbleiterbaugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleiterbaugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Perspektivansicht eines Widerstands, der in der Halbleiterbaugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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4 ist
eine schematische Darstellung einer Konfiguration einer Halbleiterbaugruppe;
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5 ist
ein Schema einer Schaltungskonfiguration der Halbleiterbaugruppe
von 4;
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6 ist
eine schematische Darstellung einer Konfiguration einer Halbleiterbaugruppe;
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7 ist
eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleiterbaugruppe
gemäß 7 zeigt;
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8 ist
eine schematische Darstellung einer Konfiguration einer Halbleiterbaugruppe;
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9 ist
eine Schnittansicht der Konfiguration der Halbleiterbaugruppe von 8;
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10 ist
eine schematische Darstellung einer Konfiguration einer Halbleiterbaugruppe;
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11 ist
eine Schnittansicht der Konfiguration der Halbleiterbaugruppe von 10;
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12 ist
ein Schema einer Schaltungskonfiguration der Halbleiterbaugruppe
von 10;
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13 ist
eine schematische Darstellung einer Konfiguration einer bekannten
Halbleiterbaugruppe;
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14 ist
eine Schnitansicht der Konfiguration der bekannten Halbleiterbaugruppe;
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15 ist
ein Schema einer Schaltungskonfiguration der bekannten Halbleiterbaugruppe;
und
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16A und 16B zeigen eine Konfiguration eines
Widerstands, der in der bekannten Halbleiterbaugruppe verwendet
wird.
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BESCHREIBUNG
DER BEISPIELE
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(Das erste Beispiel)
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1 ist
eine schematische Ansicht einer modularen Leistungshalbleiterbaugruppe 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung. 2 ist eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A von 1, gesehen aus der Pfeilrichtung. Gestalt
und Anordnung von Hauptelektroden und die Anordnung von Schaltungsstrukturen
bzw. -mustern und Schaltelementen sind zwar in einer tatsächlichen
Baugruppe komplizierter, aber zur Vereinfachung der Erläuterung
ist hier eine einfache Konfiguration dargestellt. Außerdem sind
eine Harzfüllung
der Innenseite der Baugruppe, ein Gehäusedeckel zum dichten Abschließen und
dergleichen weggelassen.
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In den 1 und 2 sind die Schaltelemente T1 bis T3 und
Widerstände R10 bis R30 auf
einem Isolatorsubstrat 20 angebracht, das eine Leiterplatte ist,
die mit einem vorbestimmten Schaltungsmuster aus leitfähiger Folie
versehen ist. Leitfähige
Folienmuster 201 und 202 sind auf dem Isolatorsubstrat 20 gebildet.
Die Schaltelemente T1 bis T3 sind auf dem leitfähigen Folienmuster 201 angebracht,
und die Widerstände R10 bis R30 sind
auf dem leitfähigen
Folienmuster 202 angebracht. Das Isolatorsubstrat 20 ist auf
der oberen Oberfläche
der Wärmesenke 1 angebracht,
die von den Schaltelementen 71 bis T3 im Betrieb
erzeugte Wärme
abstrahlt.
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Das kastenförmige Harzgehäuse 3 ist
auf der oberen Oberfläche
der Wärmesenke 1 so
angebracht, daß es
das Isolatorsubstrat 20 umgibt. Das Harzgehäuse 3 weist
die plattenförmigen
Hauptelektroden M1 und M2 und die Signalanschlußplatte S1 auf,
die in seine Seitenwand eingebettet sind.
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Die meisten Bereiche der Hauptelektroden M1 und M2 und
der Signalanschlußplatte S1 sind
in das Innere der Seitenwand des Harzgehäuses 3 eingebettet
mit Ausnahme von Bereichen, die durch die obere Oberfläche des
Harzgehäuses 3 vorstehen, und
von Bereichen, die die Anschlußbasen N1, 2 und P2 sein
sollen, die im Inneren des Harzgehäuses 3 liegen.
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Die Anschlußbasis N1 ist ein
Endbereich der Hauptelektrode M1, die Anschlußbasis N2 ist
ein Endbereich der Hauptelektrode M2, und die Anschlußbasis P1 ist
ein Endbereich der Signalanschlußplatte S1. Die Anschlußbasis N1 ist
mit dem leitfähigen
Folienmuster 201 elektrisch verbunden, und die Anschlußbasis N2 ist
mit den Schaltelementen T1 bis T3 verbunden. Die
elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Folienmuster 201 und
den Schaltelementen T1 bis T3 wird hier nicht
erläutert, weil
die vorliegende Erfindung nicht weiter davon betroffen ist. Die
Steuerelektroden der Schaltelemente T1 bis T3 (die
später
erläutert
werden) sind mit den jeweiligen Widerständen R10 bis R30 elektrisch durch
die Drahtleitungen WL verbunden. Elektrische Verbindungen
zwischen der Anschlußbasis
und dem leitfähigen
Folienmuster sowie zwischen den Schaltelementen und der Anschlußbasis sind
mit Drahtleitungen WL hergestellt.
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Die Schaltungskonfiguration der Leistungshalbleiterbaugruppe 100 ist
nahezu die gleiche wie diejenige der bekannten Leistungshalbleiterbaugruppe
von 15 mit der Ausnahme,
daß anstelle
der Widerstände R1 bis R3 von 15 die Widerstände R10 bis R30 verwendet
werden.
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Die Widerstände R10 bis R30 sind Gatewiderstände der
jeweiligen Schaltelemente T1 bis T3 und erzeugen
den Effekt, daß die
entsprechenden Gateströme
der Schaltelemente T1 bis T3 während der Ein-/Aus-Steuervorgänge der
Schaltelemente T1 bis T3 abgeglichen werden. Die
Verbindungspfade zu den jeweiligen Gates der Schaltelemente T1 bis T3 können aus
Gründen
des Layouts nicht immer gleiche Länge haben. Wenn die Verbindungspfade unterschiedliche
Länge haben,
sind die jeweiligen Gates der Schaltelemente T1 bis T3 mit
Drahtwiderständen
mit unterschiedlichem Wert verbunden, und Gatesignale zur Steuerung
der jeweiligen Gates haben unterschiedliche Spannungen, so daß ungleiche Gateströme der Schaltelemente T1 bis T3 erzeugt werden.
Zur Korrektur der Drahtwiderstandswerte sind die Widerstände R10 bis R30 für gleiche
Gateströme vorgesehen
und werden aufgrund ihrer Funktion des Abgleichens der Gateströme der Schaltelemente T1 bis T3 als "Abgleichwiderstände" bezeichnet.
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die Widerstände R10 werden unter
Bezugnahme auf die Perspektivansicht von 3 im einzelnen erläutert. In 3 umfaßt der Widerstand R10 (ebenso
wie R20 und R30) eine Isolatorplatte 10, eine
Widerstandsschicht 11 aus einer dünnen Metallschicht, die auf
einer oberen Hauptoberfläche
der Isolatorplatte 10 selektiv gebildet ist, Dünnschicht-Elektrodenschichten 12 und 13,
die mit gegenüberliegenden
Randbereichen der Widerstandsschicht 11 in Eingriff sind,
Oberflächenelektrodenschichten 14 und 15,
die über
den jeweiligen Elektrodenschichten 12 und 13 gebildet
sind, und eine Schutzschicht 16 über der Widerstandsschicht 10, um
die Widerstandsschicht 10 vor dem Eindringen von Wasser
und Bruch durch eine äußere Kraft
zu schützen.
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Die Widerstandsschicht 11 ist
aus einer dünnen
Metallschicht mit einer Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 bis
20 μm aus
einem Material wie etwa einer Legierungsschicht, einer Metalloxidschicht
und einer amorphen Metallschicht gebildet, das hinsichtlich seines
Widerstandswerts auch dann keine Änderung bewirkt, wenn die Temperatur
im Inneren der Halbleiterbaugruppe ansteigt (von ungefähr Raumtemperatur
auf ungefähr
120 bis 130°C), und
zwar durch die Wärme,
die im Betrieb der Schaltelemente T1 bis T3 erzeugt
wird.
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Die Elektrodenschichten 12 und 13 verlaufen in
entgegengesetzten Richtungen von unterhalb der gegenüberliegenden
Randbereiche der Widerstandsschicht 11 zu den gegenüberliegenden
Randbereichen der Isolatorplatte 10. Die Oberflächenelektrodenschicht 14 ist über der
Elektrodenschicht 12 bis zu deren Endbereichen ausgebildet,
und die Oberflächenelektrodenschicht 15 verläuft von
dem Randbereich der Elektrodenschicht 13 entlang einer
der gegenüberliegenden
seitlichen Oberflächen
und der gesamten unteren Hauptoberfläche der Isolatorplatte 10.
Die Elektrodenschichten 12 und 13 sind Dünnschichten,
die jeweils aus einem Material wie etwa einer Legierung aus Silber
und Palladium bestehen, das einen kleinen Widerstandswert hat (ausreichend kleiner
als derjenige der Widerstandsschicht 11) und mit dem Material
der Isolatorplatte 10 wie bei spielsweise Aluminiumoxidkeramik
(Al2O3) in innige Haftverbindung gebracht werden kann. Die Oberflächenelektrodenschicht 14 besteht
aus einem Material wie Nickel, das ein Drahtbonden ermöglicht,
und hat eine ausreichende Fläche,
um den Kontakt mit einem Bondwerkzeug zu gewährleisten. Da die Oberflächenelektrodenschicht 14 und
die Elektrodenschicht 12 als einer von Stromeingangs- oder -ausgangsteilen
(nachstehend als "der
eine Stromeingangs-/-ausgangsteil") dienen, können die beiden Schichten gemeinsam
als die erste Elektrodenschicht bezeichnet werden. Da gleichermaßen die
Oberflächenelektrodenschicht 15 und
die Elektrodenschicht 13 als der andere Stromeingangs-
oder -ausgangsteil (nachstehend als "der andere Stromeingangs-/-ausgangsteil") dienen, können die
beiden Schichten gemeinsam als die zweite Elektrodenschicht bezeichnet
werden. Ferner ergibt sich die obige Bezeichnung "Stromeingangs-/-ausgangsteil" unter der Annahme
eines Zweirichtungs-Stromflusses in dem Widerstand, aber der Stromeingangs-/-ausgangsteil
kann auch nur als Stromeingangsteil oder Stromausgangsteil im Fall
eines Einrichtungs-Stromflusses in dem Widerstand dienen.
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Wenn die Oberflächenelektrodenschicht 15 mit
dem leitfähigen
Folienmuster 202 verbunden wird (im allgemeinen durch Löten und
lokal mit leitfähigem Klebstoff),
wobei die Seite des Widerstands R10, auf der keine Widerstandsschicht 11 vorgesehen
ist, nach unten weist, und die Drahtleitung WL mit der Oberflächenelektrodenschicht 14 gebondet
wird, fließt
ein Strom in dem Widerstand R10 durch das leitfähige Folienmuster 202,
die Oberflächenelektrodenschicht 15,
die Elektrodenschicht 13, die Widerstandsschicht 11,
die Elektrodenschicht 12, die Oberflächenelektrodenschicht 14 und
die Drahtleitung WL in der angegebenen Reihenfolge (oder
in der umgekehrten Reihenfolge}.
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Ein Material der Isolatorplatte 10 kann
Aluminiumoxidnitridkeramik sein und ist nicht auf Aluminiumoxidkeramik
(Al2O3) beschränkt.
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Somit sind bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 100 gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Widerstände R10 bis R30,
an die die Drahtleitung WL gebondet werden kann, was einen
Stromfluß von
der Seite der oberen Oberfläche zu
der Seite der unteren Oberfläche
und umgekehrt ermöglicht,
nur mit dem leitfähigen
Folienmuster 202 verbunden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, ein elektrisch
eigenständiges
leitfähiges
Folienmuster nur zum Drahtbonden auszubilden, wie das beim Stand
der Technik verwendet wird. Daher können eine einfache Schaltkreisstruktur
des Isolatorsubstrats 20 und höhere Flexibilität bei der
Anordnung der Widerstände R10 bis R30 erzielt
werden, und außerdem
kann eine Verkleinerung der Gesamtbaugruppe durch die verringerte
Fläche
des Isolatorsubstrats 20 erreicht werden.
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Beispielsweise ist bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 100 von 1 gegenüber derjenigen von 13 der Abstand zwischen
den leitfähigen
Folienmustern 201 und 202 von 1 geringer als der Abstand zwischen den
leitfähigen
Folienmustern 21 und 22 von 13, weil die leitfähigen Folienmuster 23 bis 25 nicht
vorgesehen sind. Die Fläche
des Isolatorsubstrats 20 wird somit verringert, und somit
wird die Größe der Gesamtbaugruppe
geringer.
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(Das zweite Beispiel)
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Es wurde zwar vorstehend erläutert, daß die Widerstände R10 bis R30 in
der Leistungshalbleiterbaugruppe 100 der vorliegenden Erfindung
jeweils bei den Schaltelementen T1 bis T3 anwendbar
sind, es kann aber eine Vielzahl von Widerständen bei einem Schaltelement
angewandt werden.
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4 ist
eine schematische Ansicht einer Leistungshalbleiterbaugruppe 200.
In 4 haben gleiche Elemente
wie bei der in 1 gezeigten
Leistungshalbleiterbaugruppe 100 die gleichen Bezugszeichen,
und es erfolgt keine erneute Erläuterung hierfür.
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In 4 sind
Widerstände R10, R11, R20, R21, R30 und R31 auf
dem leitfähigen
Folienmuster 202 angebracht. Die Steuerelektroden der Schaltelemente T1, T2 und T3 sind
jeweils über
die Drahtleitungen WL mit den Widerständen R10, R20 und R30 elektrisch
verbunden, und die Widerstände R10, R20 und R30 sind
außerdem
jeweils über
die Drahtleitungen WL mit den Widerständen R11, R21 und R31 elektrisch
verbunden.
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5 ist
ein Schaltbild der Leistungshalbleiterbaugruppe 200. In 5 sind die Schaltelemente T1 bis T3 (IGBT
bzw. Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode) zueinander
parallelgeschaltet. Die Kollektorelektroden der Schaltelemente T1 bis T3 sind
mit der Hauptelektrode M1 verbunden, und die Emitterelektroden
der Schaltelemente T1 bis T3 sind mit der Hauptelektrode
M2 verbunden. Die Gateelektroden der Schaltelemente T1, T2 und T3 sind
mit der Signalanschlußplatte S1 jeweils
durch die parallelgeschalteten Widerstände R10 und R11, R20 und R21 bzw. R30 und R31 verbunden.
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Bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 200 mit
der vorstehenden Konfiguration kann der Gatewiderstandswert auf
jeden beliebigen Wert geändert werden,
indem eine Vielzahl von Widerständen
vorher auf dem leitfähigen
Folienmuster 202 angebracht und einige davon je nach Bedarf
parallel miteinander verbunden werden.
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Bei der bekannten Halbleiterbaugruppe,
bei der es notwendig ist, elektrisch eigenständige leitfähige Folienmuster zum Drahtbonden
vorzusehen, führt
eine Erhöhung
der Zahl von Widerständen
zu einer Zunahme der Anzahl und der Fläche der elektrisch eigenständigen leitfähigen Folienmuster.
Das führt
zu einer Vergrößerung der
Baugruppe und einem komplizierten Layout. Durch die Widerstände, an
die die Drahtleitungen gebondet werden können, was einen Stromfluß von der
Seite der oberen Oberfläche
zu der Seite der unteren Oberfläche
und umgekehrt zuläßt, vermeidet
die Leistungshalbleiterbaugruppe 200 eine Vergrößerung und
ein kompliziertes Layout aufgrund der höheren Zahl von Widerständen.
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(Das dritte Beispiel)
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6 ist
eine schematische Ansicht einer modularen Leistungshalbleiterbaugruppe 300. 7 ist eine Schnittansicht
entlang der Linie A-A von 6,
gesehen in Pfeilrichtung. In 6 haben
gleiche Elemente wie bei der Leistungshalb leiterbaugruppe 100 von 1 die gleichen Bezugszeichen und
werden nicht erneut beschrieben.
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In den 6 und 7 ist ein Isolatorsubstrat 20A mit
einem leitfähigen
Folienmuster 201A darauf vorgesehen, und die Schaltelemente
T1 bis T3 sind auf dem leitfähigen
Folienmuster 201A angebracht. Eine Leiterplatte 30 (beispielsweise
aus Glasepoxidharz), die mit einem vorbestimmten leitfähigen Folienmuster 301 darauf
versehen ist, ist unabhägig
von dem Isolatorsubstrat 20A angeordnet, und die Widerstände R10 bis R30 sind
auf dem leitfähigen
Folienmuster 301 angebracht.
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Bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 300 mit
der obigen Konfiguration ist die Fläche des Isolatorsubstrats 20A dadurch
verringert, daß die
Leiterplatte 30, auf der die Widerstände R10 bis R30 angebracht
sind, unabhängig
von dem Isolatorsubstrat 20A vorgesehen ist, auf dem die
Schaltelemente T1 bis T3 angebracht sind.
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Ein Isolatorsubstrat ist eine Isolatorplatte
aus Aluminiumoxidnitridkeramik und dergleichen und hat eine Hauptoberfläche, die
mit einem Schaltungsmuster versehen ist, während die andere Hauptoberfläche mit
einer leitfähigen
Schicht versehen ist, die mit einer Wärmesenke zu verbinden ist;
sie hat ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit,
ist jedoch teuer. Beispielsweise ist das Isolatorsubstrat zehnmal
to teuer wie eine Leiterplatte aus Glasepoxidharz mit der gleichen
Fläche
(die Leiterplatte ist im weiten Sinn ebenfalls ein Isolatorsubstrat,
hat jedoch eine schlechtere Wärmeabstrahlung
als das aus Aluminiumoxidnitridkeramik bestehende Substrat). Das
als Wärmequelle dienende
Schaltelement muß auf
dem Isolatorsubstrat angebracht sein, das sehr gute Wärmeabstrahlung
hat, aber andere Elemente brauchen nicht unbedingt auf dem Isolatorsubstrat
angebracht zu sein.
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Da die Widerstände R10 bis R30 nur
Gatesteuersignale der Schaltelemente T1 bis T3 weiterleiten
und nur wenig Wärme
erzeugen, gibt es kein Problem, wenn die Widerstände R10 bis R30 auf
der Leiterplatte angebracht sind, die aus Gla sepoxidharz mit geringer
Wärmeleitfähigkeit
besteht. Es besteht aber die Wahrscheinlichkeit, daß die von
den Schaltelementen T1 bis T3 erzeugte Wärme auf
die Leiterplatte 30 übertragen
wird und die Temperatur der Leiterplatte 30 erhöht, und
somit sollte die Leiterplatte 30 von dem Isolatorsubstrat 20A möglichst
weit entfernt sein, und zwar in solchem Ausmaß, daß die Baugruppe dadurch nicht
größer wird.
Jeder der Widerstände R10 bis R30,
für die
eine aus einer dünnen
Metallschicht bestehende Widerstandsschicht 11 verwendet
wird, hat nur eine geringe Widerstandswertänderung infolge eines Temperaturanstiegs
und wird durch den Temperaturanstieg der Leiterplatte 30 nicht
beeinflußt.
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Bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 300 mit
der obigen Konfiguration wird die Fläche des Isolatorsubstrats 20A durch
Vorsehen der Leiterplatte 30 verringert, auf der die Widerstände R10 bis R30 unabhängig von
dem Isolatorsubstrat 20A vorgesehen sind, das die Schaltelemente T1 bis T3 trägt. Somit
werden die Kosten für
das Isolatorsubstrat gesenkt, und die Kosten für die Gesamtbaugruppe werden
ebenfalls gesenkt.
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(Das vierte Beispiel)
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8 ist
eine schematische Ansicht einer modularen Leistungshalbleiterbaugruppe 400. 9 ist eine Schnittansicht
entlang der Linie A-A von 8 in Pfeilrichtung
gesehen. In 8 haben
gleiche Elemente wie bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 100 von 1 die gleichen Bezugszeichen und
werden nicht erneut beschrieben.
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In den 8 und 9 weist das Isolatorsubstrat 20A das
leitfähige
Folienmuster 201A darauf auf, und die Schaltelemente T1 bis T3 sind
auf dem leitfähigen Folienmuster 201A angebracht.
Die Widerstände R10 bis R30 sind
auf der Anschlußbasis P1 angebracht,
die einer der Endbereiche der Signalanschlußplatte S1 ist.
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Wie erläutert, sind bei den Leistungshalbleiterbaugruppen 100 bis 300 die
Widerstände R10 bis R30 auf
den leitfähigen
Folienmustern auf der Isolatorplatte oder der Leiterplatte gebildet.
Die Widerstände R10 bis R30 können direkt
auf der Anschlußbasis P1 angebracht
sein, die einer der Endbereiche der Signalanschlußplatte S1 ist,
wenn die Widerstände R10 bis R30 schließlich mit
der Signalanschlußplatte 51 elektrisch
verbunden sind. Diese Konfiguration kann erhalten werden unter Verwendung
der Widerstände R10 bis R30,
an die die Drahtleitungen gebondet werden können, was einen Stromfluß von der Seite
der oberen Oberfläche
zu der Seite der unteren Oberfläche
und umgekehrt erlaubt.
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Durch Anbringen der Widerstände R10 bis R30 auf
der Anschlußbasis P1 entfällt bei
der Leistungshalbleiterbaugruppe 400 nach dem vierten Beispiel
die Notwendigkeit, das leitfähige
Folienmuster zur Anbringung der Widerstände R10 bis R30 auf dem
Isolatorsubstrat vorzusehen und die Leiterplatte, auf der die Widerstände R10 bis R30 anzubringen sind,
unabhängig
von dem Isolatorsubstrat vorzusehen. Mit dem Isolatorsubstrat kleinerer
Fläche
und ohne Leiterplatte kann somit die Gesamtbaugruppe kleiner gebaut
werden. Zur Verdeutlichung des Unterschieds gegenüber 6 ist in 8 die Leiterplatte 30 entfernt,
und der Platz dafür
bleibt leer, aber tatsächlich
ist die Größe der Gesamtbaugruppe
um die leere Fläche
verkleinert.
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(Das fünfte Beispiel)
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10 zeigt
schematisch eine modulare Leistungshalbleiterbaugruppe 500. 11 ist eine Schnittansicht
entlang der Linie A-A von 10 in Pfeilrichtung
gesehen. Gestalt und Anordnung der Hauptelektroden und die Anordnung
von Schaltungsmustern und Schaltelementen sind zwar bei der tatsächlichen
Baugruppe komplexer, aber es wird zur Vereinfachung der Erläuterung
eine einfache Konfiguration gezeigt. Im übrigen entfallen die Harzfüllung für die Innenseite
der Baugruppe, der Gehäusedeckel
zum dichten Abschluß und
dergleichen.
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In den 10 und 11 sind auf einem Isolatorsubstrat 40,
das mit einem vorbestimmten Schaltungsmuster aus leitfähiger Folie
ausgebildet ist, ein Schaltelement T10 und ein Widerstand R40 angebracht.
Das Isolatorsubstrat 40 weist leitfähige Folienmuster 401 und 402 auf,
und das Schaltelement T10 und der Widerstand R40 sind
auf den leitfähigen Folienmustern 401 bzw. 402 ange bracht.
Ferner ist das Isolatorsubstrat 40 auf einer oberen Oberfläche einer
Wärmesenke 1B angebracht,
die die von dem Schaltelement T10 während des Betriebs erzeugte Wärme abstrahlt.
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Ein kastenförmiges Harzgehäuse 3B ist
auf der oberen Oberfläche
der Wärmesenke 1B so
angebracht, daß es
das Isolatorsubstrat 40 umgibt. Das Harzgehäuse 3B weist
plattenförmige
Hauptelektroden M10 und M20 und eine Signalanschlußplatte S10 auf,
die in seine Seitenwand eingebettet sind.
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Die meisten Bereiche der Hauptelektroden M10 und M20 und
der Signalanschlußplatte S10 sind in
die Seitenwand des Harzgehäuses 3B eingebettet mit
Ausnahme von Bereichen, die durch eine obere Oberfläche des
Harzgehäuses 3B vorspringen,
und von Bereichen, die Anschlußbasen N10, N20 und P10 im
Inneren des Harzgehäuses 3B sein
sollen.
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Die Anschlußbasis N10 ist ein
Endbereich der Hauptelektrode M10, die Anschlußbasis N20 ist ein
Endbereich der Hauptelektrode M20, und die Anschlußbasis P10 ist
ein Endbereich der Signalanschlußplatte S10. Die Anschlußbasis N10 ist
mit dem leitfähigen
Folienmuster 401 elektrisch verbunden, und die Anschlußbasis N20 ist
mit dem Schaltelement T10 elektrisch verbunden. Die elektrische
Verbindung zwischen dem leitfähigen
Folienmuster 401 und dem Schaltelement T10 wird
hier nicht erörtert, weil
sie nicht unmittelbar die Erfindung betrifft. Die Steuerelektrode
des Schaltelements T10 (später zu erörtern) ist mit dem Widerstand R40 durch
die Drahtleitung WL elektrisch verbunden. Elektrische Verbindungen
zwischen der Anschlußbasis
und dem leitfähigen
Folienmuster sowie zwischen dem Schaltelement und der Anschlußbasis sind
mit den Drahtleitungen WL hergestellt.
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Eine Schaltungskonfiguration der
Leistungshalbleiterbaugruppe 500 wird unter Bezugnahme
auf 12 erläutert. In 12 ist die Kollektorelektrode des
Schaltelements T10 mit der Hauptelektrode M10 verbunden,
und die Emitterelektrode des Schaltelements T10 ist mit
der Hauptelektrode M20 verbunden. Die Gateelektrode des
Schaltelements T10 ist mit der Signalanschlußplatte S10 durch
den Widerstand R40 verbunden.
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Wie aus 12 ersichtlich ist, ist der Widerstand
R40 ein Gatewiderstand des Schaltelements T10 und hat in diesem
Fall die Funktion der Steuerung der Lade-/Entladegeschwindigkeit eines parasitären Kondensators
in dem Schaltelement T10, da das Schaltelement T10 alleine
verwendet wird.
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Im allgemeinen ist die Arbeitsgeschwindigkeit
(Schaltgeschwindigkeit) des Schaltelements durch die Lade-/Entladegeschwindigkeit
des parasitären
Kondensators in dem Schaltelement bestimmt. Daher wird der Widerstand R40 verwendet,
um die Arbeitsgeschwindigkeit des Schaltelements T10 zu steuern.
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Mit zunehmendem Widerstandswert des
Widerstands R40 nimmt die Arbeitsgeschwindigkeit des Schaltelements T10 ab.
Anders ausgedrückt,
steuert der Widerstand R40 den Betrieb des Schaltelements T10 in
Richtung einer Verlangsamung. Ohne den Widerstand R40 arbeitet
das Schaltelement T10 mit der Höchstgeschwindigkeit. Der Hochgeschwindigkeitsbetrieb
des Schaltelements T10 führt zu einer sehr schnellen Änderung
des Stroms und der Spannung in dem Schaltelement T10 und
bewirkt voraussichtlich Rauschen und dergleichen. Der Widerstand R40 ist vorgesehen,
um den Betrieb des Schaltelements T10 so zu steuern, daß er auf
geeignete Weise langsamer ist, wodurch die Erzeugung von Rauschen
und dergleichen unterdrückt
und ein einfacher Gebrauch sichergestellt wird.
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Die Widerstände R10 bis R30 in
den Leistungshalbleiterbaugruppen 100 bis 400 wurden
zwar unter Betonung der Funktion als Abgleichwiderstände erläutert, diese
Widerstände
haben jedoch selbstverständlich
die Funktion der Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit der Schaltelemente.
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Da der Widerstand R40, an den die
Drahtleitungen gebondet werden können
und der einen Stromfluß von
der Seite der oberen Oberfläche
zu der Seite der unteren Oberfläche
und umgekehrt erlaubt, auf das leitfähige Folienmuster 402 ge bondet ist,
ist es bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 500 nach dem
fünften
Beispiel nicht erforderlich, das elektrisch unabhängige leitfähige Folienmuster
nur zum Drahtbonden vorzusehen, so daß auf dem Isolatorsubstrat 40 eine
einfache Schaltungsstruktur erzielt und ein Isolatorsubstrat 40 mit
kleinerer Fläche erhalten
wird. Dadurch kann eine Größenverringerung
der gesamten Baugruppe erreicht werden.
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Außerdem können die Konfigurationen der Leistungshalbleiterbaugruppen 200 bis 400,
die bereits erläutert
wurden, selbstverständlich
bei der Leistungshalbleiterbaugruppe 500 verwendet werden.