DE112013001234T5 - Leistungshalbleitermodul und Energieumsetzungseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leistungshalbleitermodul vorzusehen, welches in der Lage ist, die Schwankung der Induktivität zwischen einem oberen/unteren Zweig zu reduzieren und die Schwankung des Stroms, welche durch die Schwankung der Induktivität verursacht wird, zu reduzieren. Ein Leistungshalbleitermodul (100) gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Schaltungsblöcke (oberen/unteren Zweig) (101, 102), von welchen jeder aufgebaut ist, indem Halbleiterelemente (6) vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen in Reihe geschaltet werden; einen Anschluss (11) der positiven Elektrode, einen Anschluss (12) der negativen Elektrode und eine AC-Anschluss (10), welche mit jedem der Schaltungsblöcke (101, 102) verbunden sind; und Verdrahtungsmuster (3, 4), welche die Halbleiterelemente (6) vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen der Schaltungsblöcke (101, 102) mit dem Anschluss (11) der positiven Elektrode, dem Anschluss (12) der negativen Elektrode und dem AC-Anschluss (10) verbinden, wobei die Schaltungsblöcke (101, 102) mehrmals vorhanden sind; der Anschluss (11) der positiven Elektrode, der Anschluss (12) der negativen Elektrode und der AC-Anschluss (10) jeweils entsprechend den Schaltungsblöcken (101, 102) mehrmals vorhanden sind; und die Anschlüsse (11 der positiven Elektrode und die Anschlüsse (12) der negativen Elektrode nahe beieinander angeordnet sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zur Reduzierung der Größe und Induktivität eines Leistungshalbleitermoduls, welches für eine Energieumsetzungseinrichtung, wie etwa einen Wechselrichter verwendet wird, der in seinen Abmessungen verkleinert werden soll.
  • Stand der Technik
  • In einem Leistungshalbleitermodul der isolierten Bauart, welches für eine Energieumsetzungseinrichtung, wie etwa einen Wechselrichter, verwendet wird, ist ein Verdrahtungsmuster oberhalb einer als Wärmeabstrahlungsplatte dienenden Metallplatte über einer Isolierschicht gebildet, und ein Leistungshalbleiterelement, welches einen Schaltvorgang durchführt, ist auf dem Verdrahtungsmuster angeordnet.
  • Ein derartiges Leistungshalbleiterelement ist mit externen Anschlüssen verbunden und mit Harz vergossen. In einer Energieumsetzungseinrichtung, in welcher ein Schaltvorgang mit großem Strom und hoher Spannung durchgeführt wird, wird aufgrund einer zeitlichen Stromänderung di/dt eine Stoßspannung (ΔV = L·di/dt) erzeugt, wenn das Leistungshalbleiterelement ausgeschaltet wird und eine parasitäre Induktivität L in der Energieumsetzungseinrichtung enthalten ist, und es wird eine Stoßspannung an das Leistungshalbleiterelement angelegt.
  • Wenn die parasitäre Induktivität L zunimmt, kann eine solche Stoßspannung erzeugt werden, die größer ist als eine Durchbruchspannung des Leistungshalbleiterelements und somit die Zerstörung des Leistungshalbleiterelements verursachen kann. Daher ist in Energieumsetzungseinrichtungen die Reduzierung der Induktivität erforderlich, und die Reduzierung der Induktivität ist auch in Leistungshalbleitermodulen erforderlich.
  • In einer Energieumsetzungseinrichtung wird, um eine erforderliche Stromkapazität sicherzustellen, ein Leistungshalbleitermodul mit einer derartigen Kapazität ausgewählt. Wenn kein geeigneter Kandidat zur Verfügung steht, werden Leistungshalbleitermodule parallel verwendet. Wenn jedoch Leistungshalbleitermodule parallel verwendet werden, ist es erforderlich, einen bestimmten Abstand zwischen den Modulen einzuhalten, um einen Isolierabstand sicherzustellen, so dass ein Problem der Zunahme des Flächenbedarfs hervorgerufen wird.
  • Um das Problem zu lösen, wird eine Halbleitervorrichtung vorgeschlagen, in welcher eine Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen parallel in einem Gehäuse angeordnet ist (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
  • Wie in dem Patentdokument 1 gezeigt, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Effekt zur Reduzierung der Induktivität erzielt wird, wenn Anschlüsse der Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen, die in dem Gehäuse parallel angeordnet sind, gesammelt mit dem externen Anschluss in dem Gehäuse verbunden werden, auch wenn eine Vielzahl von externen Anschlüssen zum Anschluss an eine externe Schaltung vorhanden sind. Da der Wert von di/dt beim Ausschalten zunimmt, wenn die Stromkapazität zunimmt, tritt somit eine Erhöhung der Stoßspannung auf, welche die Zerstörung der Leistungshalbleiterelemente verursachen kann.
  • Ein Leistungshalbleitermodul wurde entwickelt, in welchem ähnlich demjenigen in dem Patentdokument 1 eine Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen in einem Gehäuse parallel angeordnet sind und eine Vielzahl von externen Anschlüssen angeordnet sind, und bei welchem Anschlüsse der Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen jeweils separat mit dem externen Anschluss in dem Gehäuse verbunden sind (siehe beispielsweise Patentdokument 2). Auch sind in dem in dem Patentdokument 2 gezeigten Modul die externen Anschlüsse, durch welche der Hauptstrom fließt, in senkrecht gestapelter Weise angeordnet, und Bondingdrähte sind so angeordnet, dass ein durch den Hauptstrom erzeugter magnetischer Fluss gelöscht wird, so dass die Induktivität reduziert wird.
  • Dokumente zum Stand der Technik
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Patentschrift Nr. JP 3 519 227 (Seite 3, 2 und 6)
    • Patentdokument 2: Patentschrift Nr. JP 3 798 184 (Seite 6, 8)
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösendes Problem
  • In einem in dem Patentdokument 2 gezeigten herkömmlichen Leistungshalbleitermodul sind zwei D1-Anschlüsse, welche positive Elektroden sind, die durch eine externe Busschiene parallel zu verbinden sind, voneinander getrennt auf zwei gegenüberliegenden Seiten eines Außengehäuses angeordnet, und in ähnlicher Weise sind zwei S2-Anschlüsse, welche negative Elektroden sind, die durch eine externe Busschiene parallel zu verbinden sind, voneinander getrennt an den zwei gegenüberliegenden Seiten des Außengehäuses angeordnet. Somit nimmt die Induktivität der externen Busschiene zu, und es besteht das Problem, dass eine Stoßspannung zunehmen kann.
  • Da darüber hinaus die D1-Anschlüsse, welche die positiven Elektroden sind, und die S2-Anschlüsse, welche die negativen Elektroden sind, getrennt angeordnet sind und die Induktivität der externen Busschiene zunimmt, ist es wahrscheinlich, dass eine Schwankung der Induktivität zwischen einer Parallelschaltung auf der Seite der positiven Elektroden und einer Parallelschaltung auf der Seite der negativen Elektroden auftritt. Die Schwankung verursacht ein Ungleichgewicht der Werte des durch jedes der Leistungshalbleiterelemente fließenden Stroms, und es besteht ein weiteres Problem, dass die Schaltzyklus-Lebensdauer des Leistungshalbleitermoduls beeinträchtigt werden kann.
  • Das in dem Patentdokument 2 gezeigte Modul ist dadurch gekennzeichnet, dass S1/D2-Anschlüsse zwischen den D1-Anschlüssen und den S2-Anschlüssen angeordnet sind und dass die D1-Anschlüsse und die S2-Anschlüsse getrennt platziert sind. In einer Energieumsetzungsschaltung mit zwei Ebenen, in welcher im Allgemeinen häufig ein Leistungshalbleitermodul verwendet wird, welches einen oberen/unteren Zweig in einem Gehäuse hat, besitzt das in dem Patentdokument 2 beschriebene Leistungshalbleitermodul eine große parasitäre Induktivität in seiner Kommutierungsschleife, die von der positiven Elektrode über die negative Elektrode verläuft, und hat eine hohe Stoßspannung, und somit besteht das Problem, dass die Zerstörung des Leistungshalbleiterelements auftreten kann.
  • Auch sind in dem in dem Patentdokument 2 gezeigten Modul die externen Anschlüsse übereinandergelegt, um die parasitäre Induktivität zu reduzieren. Da es jedoch erforderlich ist, eine Isolierung zwischen den übereinandergelegten externen Anschlüssen sicherzustellen, sollte das Außengehäuse als ein Einsetzgehäuse dienen und einen komplizierten Aufbau haben, so dass somit ein weiteres Problem vorliegt, dass dessen Kosten steigen können.
  • Wenn ein Drahtbonding mit dem externen Anschluss durchgeführt wird, der eine Kontaktfläche hat, ist es aufgrund unzureichender Festigkeit in einem Bereich, in welchem der externe Anschluss an dem Außengehäuse befestigt ist, unwahrscheinlich, dass die Bondingkraft auf den Bondingbereich übertragen wird, so dass somit das Risiko einer reduzierten Festigkeit entsteht.
  • In diesem Fall wird dann, wenn ein großer Strom durch den Bondingdraht fließt, aufgrund des hohen Widerstands des Bondingbereichs eine große Wärmemenge erzeugt, und es ist wahrscheinlich, dass sich der Bondingdraht von diesem ablöst, und somit besteht ein weiteres Problem darin, dass die Schaltzyklus-Lebensdauer des Leistungshalbleitermoduls verkürzt werden kann.
  • Da in dem in dem Patentdokument 2 gezeigten Modul auch die positive und die negative Elektrode der vorderen und hinteren Oberfläche eines Leistungshalbleiterelements in dem oberen Zweig nicht mit denjenigen in dem unteren Zweig übereinstimmen, sind zwei Arten von Halbleiterelementen erforderlich, und somit besteht ein weiteres Problem darin, dass die Kosten für die Leistungshalbleiterelemente ansteigen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen. Sie soll daher die Induktivität eines Leistungshalbleitermoduls reduzieren, ohne dessen Kosten zu erhöhen, und zusätzlich die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls verbessern.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen oberen/unteren Zweig, der aufgebaut wird, indem Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen in Reihe geschaltet werden; einen DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode, einen DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode und einen AC-Anschluss, welche mit dem oberen/unteren Zweig verbunden sind; und ein Verdrahtungsmuster, welches die Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen/unteren Zweigs mit dem DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode, dem DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode und dem AC-Anschluss verbindet, wobei der obere/unteren Zweig in einer Mehrzahl vorhanden ist; wobei der DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode, der DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode und der AC-Anschluss jeweils entsprechend dem oberen/unteren Zweig in einer Mehrzahl angeordnet sind; und wobei die DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode und die DC-Anschlüsse für die Seite der negativen Elektrode nahe beieinander angeordnet sind.
  • Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
  • In einem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung wird, da ein DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode, ein DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode und ein AC-Anschluss jeweils entsprechend dem oberen/unteren Zweig in einer Mehrzahl angeordnet sind und die DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode und die DC-Anschlüsse für die Seite der negativen Elektrode nahe beieinander angeordnet sind, eine Schwankung einer Verbindungslänge zu einer externen Busschiene zwischen dem oberen/unteren Zweig reduziert, und eine Schwankung der Induktivität zwischen dem oberen/unteren Zweig kann reduziert werden.
  • Auch kann eine Schwankung des Stroms, die durch eine Schwankung der Induktivität verursacht wird, reduziert werden, so dass eine Angleichung des durch das Leistungshalbleiterelement fließenden Stroms ermöglicht wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Draufsicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Äquivalenzschaltbild des Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau des Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie A1-A2 in 3.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie B1-B2 in 3.
  • 6 ist ein Schaltbild eines Schaltvorgangs eines Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen eines oberen Zweigs in einer Schaltung mit zwei Ebenen gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Schaltbild, das eine Kommutierungsschleife bei einem Schaltvorgang des Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen Zweigs in einer Schaltung mit zwei Ebenen gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist ein Äquivalenzschaltbild eines A-Blocks des Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine schematische Draufsicht eines weiteren Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine schematische Draufsicht eines weiteren Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist ein Äquivalenzschaltbild des Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist ein Schaltbild, das eine Kommutierungsschleife bei einem Schaltvorgang des Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen Zweigs in einer Schaltung mit zwei Ebenen gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 16 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 17 ist ein Schaltbild, das eine Kommutierungsschleife bei einem Schaltvorgang des Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen Zweigs in einer Schaltung mit zwei Ebenen gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 18 ist eine schematische Draufsicht einer Leistungsumsetzungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
  • 19 ist eine schematische Querschnittsansicht von 18.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine schematische Draufsicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 1 zur Realisierung der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Äquivalenzschaltbild des Leistungshalbleitermoduls. Wie 1 und 2 zeigen, sind im Inneren eines Leistungshalbleitermoduls 100 zwei parallele Schaltungen, die jeweils als ein Zweig bezeichnet werden und als ein Leistungshalbleiter dienen, in welchen ein Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen mit einer Freilaufdiode 7 antiparallel verbunden ist, in Reihe geschaltet und bilden einen oberen/unteren Zweig, der einer Phase einer Energieumsetzungsschaltung entspricht.
  • Wenn die Energieumsetzungsschaltung arbeitet, ist ein Hauptstrom durch einen Strom definiert, der durch das Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdiode fließt, ausgenommen ein Strom, der mit der Gate-Ladung/Entladung des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen in Zusammenhang steht. Während bei der Ausführungsform 1 eine Konfiguration gezeigt ist, bei welcher ein Diodenelement, wie etwa eine Schottky-Diode, welches als Freilaufdiode dient, in Bezug auf das Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen außerhalb angebracht ist, kann eine Freilaufdiode auch eine parasitäre Diode des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen sein.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 ist ein Leistungshalbleitermodul, welches allgemein als ”Zwei-in-Eins” bezeichnet wird, in welchem der obere/untere Zweig zusammen in einem Gehäuse 21 (gemeinsam in einem Chipgehäuse) angeordnet sind. Das Gehäuse 21 dient als Kontur des Leistungshalbleitermoduls 100. Während es gemäß der Ausführungsform 1 als Gehäuse bezeichnet wird, dient in einem Fall, in welchem die Kontur eines Leistungshalbleitermoduls durch Vergießen mit Harz gebildet wird, ein äußerer Umfangsabschnitt des Harzes als Gehäuse und erfüllt eine entsprechende Funktion.
  • Wie 1 zeigt, hat das Gehäuse 21 die Form eines im Wesentlichen rechteckigen Parallelepipeds, während die Anschlüsse überstehen, und hat eine im Wesentlichen viereckige Oberfläche (eine Oberfläche, an welcher die Anschlüsse in 1 angeordnet sind). Wie in dem Äquivalenzschaltbild in 2 gezeigt, ist das Leistungshalbleitermodul 100 in zwei Schaltungsblöcke 101, 102 aufgeteilt, die jeweils durch eine strichlierte Linie umrissen sind.
  • Die zwei Schaltungsblöcke 101, 102 bilden jeweils den oberen/unteren Zweig, und Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode, die als DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode dienen, und Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode, die als DC-Anschlüsse für die Seite der negativen Elektrode dienen, sind jeweils in den Schaltungsblöcken 101, 102 angeordnet. Nachfolgend können die beiden Schaltungsblöcke als A-Block 101 und B-Block 102 bezeichnet werden.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss der positiven Elektrode und der Anschluss der negativen Elektrode des A-Blocks 101 nahe an denjenigen des B-Blocks 102 angeordnet sind. In einem Verwendungsfall, bei dem die Schaltungsblöcke 101, 102 unter Verwendung von externen Busschienen parallelgeschaltet sind, wird, da die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode nahe beieinander angeordnet sind, eine Schwankung der Verbindungslänge zu der externen Busschiene zwischen den Schaltungsblöcken 101, 102 reduziert.
  • Somit kann eine Schwankung der Induktivität zwischen den Schaltungsblöcken 101, 102 reduziert werden, und eine Schwankung des Stroms, die durch die Schwankung der Induktivität verursacht wird, kann ebenfalls reduziert werden, so dass eine Angleichung des Stroms in dem Leistungshalbleitermodul 100 ermöglicht wird.
  • Während darüber hinaus das Leistungshalbleitermodul 100 durch Anschluss an die externen Busschienen als Energieumsetzungseinrichtung verwendet wird, kann eine Reduzierung der Induktivität in der Energieumsetzungseinrichtung erzielt werden, da die Gesamtlänge der externen Busschienen reduziert wird.
  • 3 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau des in 1 gezeigten Leistungshalbleitermoduls 100 zeigt. Eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie A1-A2 in 3 ist in 4 gezeigt, und eine schematische Querschnittsansicht längs der Linie B1-B2 in 3 ist in 5 gezeigt. In dem Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 ist eine keramische Isolierschicht 2, welche ein isoliertes Substrat ist, auf das eine Metallfolie durch Hartlöten etc. gebondet ist, mittels Lot 9 mit einer Oberfläche auf einer Seite einer Grundplatte 1 gebondet, welche ein Metallkühlkörper zum Abstrahlen von Wärme ist, die durch die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdioden 7 erzeugt wird, die das Leistungshalbleitermodul 100 bilden.
  • Auf einer Oberfläche der keramischen Isolierschicht 2, die der mit der Grundplatte 1 verbundenen Oberfläche gegenüberliegend ist, sind Verdrahtungsmuster 3, 4, die aus Metallfolie gebildet sind, durch Hartlöten etc. gebondet. Ein keramisches Isoliersubstrat 5 ist durch die keramische Isolierschicht 2, auf die die Metallfolie gebondet ist, und die Verdrahtungsmuster 3, 4 aufgebaut.
  • Auf einer Oberfläche der durch das Lot 9 gebondeten Verdrahtungsmuster 3, 4, die der mit der keramischen Isolierschicht 2 gebondeten Oberfläche gegenüberliegend ist, sind die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen, die Freilaufdioden 7, Chipwiderstände 8, die jeweils als ein Gate-Widerstand des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen dienen, die AC-Anschlüsse 10a, 10b, die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode angeordnet.
  • Da durch die AC-Anschlüsse, die Anschlüsse der positiven Elektrode und die Anschlüsse der negativen Elektrode ein großer Strom fließt, werden allgemein Schrauben verwendet, um sie mit einer externen Schaltung zu verbinden. Daher sind gemäß der Ausführungsform 1 Löcher zum Einsetzen von Schrauben in den AC-Anschlüssen, den Anschlüssen der positiven Elektrode und den Anschlüssen der negativen Elektrode vorgesehen, und Muttern 23 sind in dem Gehäuse 21 in Bereichen eingebettet, die mit den Anschlüssen von unten in Kontakt gebracht werden.
  • In 3 sind die keramischen Isolierschichten 2, die Verdrahtungsmuster 3, 4 und der A-Block 101 und der B-Block 102, welche der obere/untere Zweig sind, in dem Gehäuse 21 untergebracht. Jeweils ein Ende der Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode, der Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode und der AC-Anschlüsse 10a, 10b ist mit dem Verdrahtungsmuster 3 oder dem Verdrahtungsmuster 4 verbunden, und das andere Ende derselben ist dafür konfiguriert, dass es an der Oberfläche des Gehäuses 21 freiliegt.
  • Die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode, die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode und die AC-Anschlüsse 10a, 10b sind über das Verdrahtungsmuster 3 oder das Verdrahtungsmuster 4 mit dem A-Block 101 bzw. dem B-Block 102 verbunden. Der Anschluss (11a, 11b) der positiven Elektrode, der Anschluss (12a, 12b) der negativen Elektrode und der AC-Anschluss (10a, 10b) sind jeweils entsprechend dem A-Block 101 und dem B-Block 102, welche die Schaltungsblöcke sind, mehrfach angeordnet.
  • In 3 sind die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode auf einer Seite der im Wesentlichen viereckigen Oberfläche des Gehäuses 21 angeordnet. Das heißt, dass die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode nahe aneinander angeordnet sind. Andererseits sind die AC-Anschlüsse 10a, 10b auf einer Seite angeordnet, die der Seite gegenüberliegt, auf welche die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode angeordnet sind.
  • Ein durchschnittlicher Abstand zwischen dem Anschluss 11a der positiven Elektrode und dem Anschluss 12a der negativen Elektrode und zwischen dem Anschluss 11b und dem Anschluss 12b ist kürzer als ein durchschnittlicher Abstand zwischen dem Anschluss 11a der positiven Elektrode und dem AC-Anschluss 10a und zwischen dem Anschluss 11b und dem Anschluss 10b.
  • Die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode sind abwechselnd angeordnet und in der Reihenfolge Anschluss 11a der positiven Elektrode, Anschluss 12a der negativen Elektrode, Anschluss 11b der positiven Elektrode und Anschluss 12b der negativen Elektrode angeordnet.
  • Eine Oberfläche des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen ohne das Lotbonding und eine Oberfläche der Freilaufdiode 7 ohne das Lotbonding sind mit dem Verdrahtungsmuster 3, 4 etc. durch Bondingdrähte 15 verbunden. Eine Oberfläche des Chipwiderstands 8 ohne das Lotbonding ist mit einer Gate-Elektrode des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen durch den Bondingdraht 15 verbunden.
  • Das Gehäuse 21 ist durch einen Klebstoff etc. mit der Grundplatte 1 verbunden, und ein Vergussharz 20 wird in das Gehäuse 21 eingespritzt, um das Innere des Leistungshalbleitermoduls 100 zu isolieren. Anschließend wird ein Deckel 22 aufgesetzt und mit dem Gehäuse 21 durch einen Klebstoff etc. verbunden, so dass das in 1 gezeigte Leistungshalbleitermodul 100 erhalten wird.
  • Während das geteilte keramische Isoliersubstrat 5 für jeden Zweig verwendet wird, der mit den Halbleiterelementen 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und den Freilaufdioden 7 aufgebaut ist, muss in dem in 3 gezeigten Leistungshalbleitermodul 100 das keramische Isoliersubstrat nicht unbedingt geteilt sein. Da die Anzahl von Elementen, wie etwa der Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und der Freilaufdioden 7, die in dem Leistungshalbleitermodul 100 angeordnet sind, auf der Grundlage einer Stromkapazität des Leistungshalbleitermoduls 100 variiert, wird dann, wenn bei einer großen Anzahl von Elementen ein keramisches Isoliersubstrat 5 verwendet wird, die Größe des keramischen Isoliersubstrats 5 groß.
  • In diesem Fall tritt ein Zuverlässigkeitsproblem auf, wie etwa die Entstehung von Rissen in dem keramischen Isoliersubstrat, die durch die Unterschiede der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und einem Bauelement des Leistungshalbleitermoduls 100, d. h. der Grundplatte 1, dem Lot 9 und dergleichen, verursacht werden. Wenn daher die Anzahl der Elemente groß ist, kann es hilfreich sein, die Unterteilung des keramischen Isoliersubstrats 5 in Abhängigkeit von der Stromkapazität in Betracht zu ziehen.
  • Nachfolgend wird ein Schaltvorgang in einer Schaltung mit zwei Ebenen beschrieben, welche ein Leistungshalbleitermodul vom Zwei-in-Eins-Typ verwendet. 6 ist ein Schaltbild eines Schaltvorgangs eines Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen eines oberen Zweigs in einer Schaltung mit zwei Ebenen. In dem in 6 gezeigten Funktionsschaltbild wird anhand eines beispielhaften Falles, in welchem ein MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) als Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen verwendet wird, der Schaltmodus des MOSFET des oberen Zweigs (Seite der positiven Elektrode) beschrieben.
  • Wie in 6(a) gezeigt, sind beide Enden eines Kondensators 32 zwischen einer DC-Busleitung P für die positive Seite und einer DC-Busleitung N für die negative Seite angeschlossen. Der Anschluss 11 der positiven Elektrode des Leistungshalbleitermoduls 100 ist mit der DC-Busleitung P für die positive Seite verbunden, und der Anschluss 12 der negativen Elektrode desselben ist mit der Busleitung N für die negative Seite verbunden, so dass eine Schaltung mit zwei Ebenen konfiguriert wird.
  • Ein von einer unterbrochenen Linie in 6(a) umgebener Bereich in 6 zeigt das Leistungshalbleitermodul 100, und weiße Kreise zeigen externe Anschlüsse, die an der Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls 103 liegen, wie etwa der AC-Anschluss 10, der Anschluss 11 der positiven Elektrode und der Anschluss 12 der negativen Elektrode. In 6 ist ein Strompfad beim Schalten eines MOSFET 6u für die positive Seite durch über die Schaltung gelegte Pfeile dargestellt.
  • Wenn in 6(a) in 6 der MOSFET 6u für die Seite der positiven Elektrode eingeschaltet ist, fließt der Strom von der positiven Elektrode des Kondensators 32 durch den MOSFET 6u für die Seite der positiven Elektrode, den AC-Anschluss 10 und einen Zweig 26d für die negative Elektrode einer anderen Phase über eine Last 40, wie etwa einen Motor, und fließt dann in die negative Elektrode des Kondensators 32.
  • Da eine Induktivitätskomponente eine Auswirkung auf eine Last hat, wenn der MOSFET geschaltet wird, ist die Last 40 in 6 als Induktivität dargestellt. Wenn andererseits der MOSFET 6u für die Seite der positiven Elektrode ausgeschaltet wird, dann wird der durch die Last 40 fließende Strom zu einer Freilaufdiode 7d für die Seite der negativen Elektrode zurückgeführt, wie in 6(b) gezeigt. Daher ist eine Kommutierungsschleife L1 beim Ausschalten des MOSFET 6u für die Seite der positiven Elektrode als eine Schleife dargestellt, die von der positiven Elektrode des Kondensators 32 ausgeht, durch den MOSFET 6u für die Seite der positiven Elektrode und die Freilaufdiode 7d für die Seite der negativen Elektrode verläuft und zu der negativen Elektrode des Kondensators 32 zurückkehrt, wie in 6(c) gezeigt.
  • Es sei angemerkt, dass zwar nur die MOSFETs, Freilaufdioden und Kondensatoren in 6 gezeigt sind, aber auch Induktivitäts- und Widerstandskomponenten der Verdrahtung zur Verbindung der Halbleiter miteinander tatsächlich in der Schaltung enthalten sind und die parasitären Induktivitäts- und Widerstandskomponenten in der Kommutierungsschleife L1 eingeschlossen sind.
  • Wenn ein MOSFET 6d für die Seite der negativen Elektrode geschaltet wird, ist ähnlich wie bei der vorstehenden Beschreibung eine Kommutierungsschleife als eine Schleife dargestellt, die von der positiven Elektrode des Kondensators 32 ausgeht, durch eine Freilaufdiode 7u für die Seite der positiven Elektrode und den MOSFET 6d für die Seite der negativen Elektrode verläuft und zu der negativen Elektrode des Kondensators 32 zurückkehrt.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist eine Stoßspannung, die angelegt wird, wenn das Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen ausgeschaltet wird, proportional zur Induktivität Ls einer Kommutierungsschleife. Daher ist es in einer Schaltung mit zwei Ebenen erforderlich, die Induktivität der in 6(c) dargestellten Kommutierungsschleife L1 zu reduzieren.
  • Induktivitätsfaktoren einer Kommutierungsschleife können in drei Komponenten unterteilt werden, d. h. die Induktivität einer Busschiene zur Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul und dem Kondensator, die Induktivität des Kondensators selbst und die parasitäre Induktivität innerhalb des Leistungshalbleitermoduls. Die vorliegende Erfindung betrifft die Reduzierung der dritten, d. h. der parasitären Induktivität innerhalb des Leistungshalbleitermoduls.
  • 7 ist ein Schaltbild, das eine Kommutierungsschleife L2 bei einem Schaltvorgang des Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen Zweigs in der Schaltung mit zwei Ebenen zeigt. In dem Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 sind zwei Schaltungsblöcke des oberen/unteren Zweigs innerhalb des Moduls angeordnet.
  • Somit werden zwei Pfade, die den beiden Schaltungsblöcken entsprechen, erzeugt, welche als Kommutierungsschleife L2 dargestellt sind, die durch eine durchgezogene Linie in 7 angegeben ist, und die Induktivität kann im Vergleich zu derjenigen für einen Schaltungsblock reduziert werden. Hier ist ein Pfad, der durch die AC-Anschlüsse 10a, 10b verläuft und durch eine punktierte Linie angegeben ist, eine Kommutierungsschleife L3.
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse der positiven Elektrode und die Anschlüsse der negativen Elektrode abwechselnd auf einer Seite des Gehäuses 21 angeordnet sind, und zwar in der Reihenfolge des Anschlusses 11a der positiven Elektrode, des Anschlusses 12a der negativen Elektrode, des Anschlusses 11b der positiven Elektrode und des Anschlusses 12b der negativen Elektrode.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind durch den Anschluss an die Busschiene die Schaltungsblöcke 101, 102 parallelgeschaltet und die Induktivität des Leistungshalbleitermoduls 100 wird vermindert. Was die Induktivität der Anschlussbereiche betrifft, so kann, da die Richtung des durch die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode fließenden Stroms entgegengesetzt zu der Richtung des durch die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode fließenden Stroms ist, die Induktivität der Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und der Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode weiter reduziert werden, indem die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode abwechselnd angeordnet werden.
  • Wenn die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode von den AC-Anschlüssen 10a, 10b getrennt angeordnet sind, können die externen Busschienen ohne weiteres angeschlossen werden, und eine Steuerungstreiber-Leiterplatte, auf welcher eine Steuerungstreiberschaltung montiert ist, kann zwischen den Anschlüssen angeordnet werden, so dass eine Miniaturisierung der Energieumsetzungseinrichtung ermöglicht wird.
  • Hier sind die AC-Anschlüsse 10a, 10b auf einer Seite angeordnet, die gegenüberliegend zu der Seite ist, an der die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode angeordnet sind. Die Anzahl der AC-Anschlüsse kann entsprechend der Stromkapazität eingerichtet werden und gemäß der Ausführungsform 1 sind vier Anschlüsse vorgesehen.
  • Steueranschlüsse 13, 14 (Gate-Steueranschlüsse 13ga, 13gb für die positive Elektrode; Gate-Steueranschlüsse 14ga, 14gb für die negative Elektrode; Source-Steueranschlüsse 13sa, 13sb für die positive Elektrode; Source-Steueranschlüsse 14sa, 14sb für die negative Elektrode) des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen/unteren Zweigs sind für jeden der Schaltungsblöcke 101, 102 getrennt angeordnet und auf den verbleibenden zwei Seiten der Oberfläche des Gehäuses 21 angeordnet.
  • In dem Verdrahtungsmuster 3 werden mit den Steueranschlüssen 13, 14 der Schaltungsblöcke 101, 102 verbundene Verdrahtungsmusterbereiche für den Zweck der Beschreibung als Steuerverdrahtungsmusterbereiche bezeichnet. Die Steuerverdrahtungsmusterbereiche sind in einen Gate-Steuerverdrahtungsmusterbereich der positiven Elektrode, einen Gate-Steuerverdrahtungsmusterbereich der negativen Elektrode, einen Source-Steuerverdrahtungsmusterbereich der positiven Elektrode und einen Source-Steuerverdrahtungsmusterbereich der negativen Elektrode unterteilt.
  • Bei der Ausführungsform 1 ist jede Steuerelektrode des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen von jedem der Schaltungsblöcke 101, 102 mit jedem Steuerverdrahtungsmusterbereich verbunden, und jeder Steuerverdrahtungsmusterbereich von jedem der Schaltungsblöcke 101, 102 ist mit jedem der Steueranschlüsse 13, 14 verbunden, welche an der Oberfläche des Gehäuses 21 für jeden der Schaltungsblöcke 101, 102 angeordnet sind. Da die Steueranschlüsse 13, 14 für jeden der Schaltungsblöcke vorgesehen sind, ist es nicht erforderlich, die Steuerverdrahtungsmusterbereiche innerhalb des Gehäuses 21 zu verbinden, so dass eine Verkleinerung des Moduls ermöglicht wird.
  • Während in 2 die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen oder die Freilaufdioden 7, die in einem Schaltungsbock parallel verbunden sind, kollektiv als ein Element oder eine Diode dargestellt sind, kann tatsächlich ein Fall vorliegen, in welchem die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen oder die Freilaufdioden 7 in einem Schaltungsblock parallel verbunden sind, wie in dem Äquivalenzschaltbild des A-Blocks 101 in 8 gezeigt.
  • Während 8 das Äquivalenzschaltbild des A-Blocks 101 zeigt, gilt das gleiche für den B-Block 102. Es müssen jedoch nicht unbedingt eine Vielzahl von Halbleiterelementen 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen oder eine Vielzahl von Freilaufdioden 7 parallel verbunden werden, und die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung können auch erzielt werden, solange jeder Schaltungsblock mit dem Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und der Freilaufdiode 7 aufgebaut ist.
  • Während das Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen gemäß der Ausführungsform 1 als ein MOSFET beschrieben ist, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung auch erzielt werden, wenn ein anderes Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen, wie etwa ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) und ein Bipolartransistor verwendet wird.
  • 9 und 10 sind jeweils eine schematische Draufsicht eines weiteren Leistungshalbleitermoduls. Wie 9 und 10 zeigen, sind die Anschlüsse so angeordnet, dass die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode eines Schaltungsblocks und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode eines anderen Schaltungsblocks auf der im Wesentlichen viereckigen Oberfläche des Gehäuses 21 nahe beieinander angeordnet sind.
  • Auf diese Weise kann der Effekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden, solange die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode nahe beieinander angeordnet sind, und die vorliegende Erfindung soll nicht auf den Fall eingeschränkt sein, in welchem die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode auf einer beliebigen Seite des Gehäuses 21 angeordnet sind, welches als Leistungshalbleitermodul 100 in 1 dargestellt ist.
  • Der Effekt der vorliegenden Erfindung kann auch erzielt werden, wenn die AC-Anschlüsse 10 getrennt von den Anschlüssen 11a, 11b der positiven Elektrode und den Anschlüssen 12a, 12b der negativen Elektrode angeordnet sind. Wenn die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode getrennt von den AC-Anschlüssen 10a, 10b angeordnet sind, können die externen Busschienen ohne weiteres angeschlossen werden, und eine Steuerungstreiber-Leiterplatte, auf der eine Steuerungstreiberschaltung montiert ist, kann zwischen den Anschlüssen angeordnet werden, so dass eine Verkleinerung der Energieumsetzungseinrichtung ermöglicht wird.
  • Während das Leistungshalbleitermodul 100, in welchem die beiden Blöcke, der A-Block 101 und der B-Block 102, parallel angeordnet sind, bei der Ausführungsform 1 beschrieben wird, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden, wenn die Anzahl der Schaltungsblöcke, die parallel anzuordnen sind, zwei oder mehr ist.
  • Da, wie vorstehend beschrieben, der Anschluss 11a, 11b der positiven Elektrode, der Anschluss 12a, 12b der negativen Elektrode und der AC-Anschluss 10a, 10b jeweils entsprechend der Anzahl der Schaltungsblöcke (oberer/unterer Zweig) 101, 102 mehrfach vorgesehen sind und die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode nahe beieinander angeordnet sind, wird eine Schwankung der Verbindungslänge zu der externen Busschiene zwischen den Schaltungsblöcken 101, 102 reduziert, und eine Schwankung der Induktivität zwischen den Schaltungsblöcken 101, 102 kann vermindert werden.
  • Auch kann eine Schwankung des Stroms, die durch die Schwankung der Induktivität verursacht ist, reduziert werden, so dass eine Angleichung des durch das Leistungshalbleitermodul 100 fließenden Stroms ermöglicht wird. Während ferner das Leistungshalbleitermodul 100 durch die Verbindung mit den externen Busschienen als Energieumsetzungseinrichtung verwendet wird, kann, da die Gesamtlänge der externen Busschienen reduziert wird, eine Reduzierung der Induktivität der Energieumsetzungseinrichtung erzielt werden.
  • Da ferner eine Vielzahl von Schaltungsblöcken, die jeweils den oberen/unteren Zweig bilden, vorgesehen ist, kann die Induktivität des Leistungshalbleitermoduls reduziert werden. Da des Weiteren das Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 kein kompliziertes Gehäuse benötigt und die gleichen Bestandteile wie die eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls verwenden kann, kann die Induktivität des Leistungshalbleitermoduls reduziert werden, ohne dass seine Kosten erhöht werden, und darüber hinaus kann die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls verbessert werden.
  • Ausführungsform 2
  • 11 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 2 zur Realisierung der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Leistungshalbleitermodul 200 gemäß der Ausführungsform 2 hat einen Pfad, durch welchen ein Hauptstrom fließt, und Bauelemente, die beinahe die gleichen wie die des Leistungshalbleitermoduls 100 gemäß der Ausführungsform 1 sind.
  • Was die Ausführungsform 2 von der Ausführungsform 1 unterscheidet, ist, dass das Verdrahtungsmuster 4 des Schaltungsblocks 101, mit dem die AC-Anschlüsse 10a und die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdiode 7 des unteren Zweigs verbunden sind, mit dem Verdrahtungsmuster 4 des Schaltungsblocks 102, mit dem die AC-Anschlüsse 10b und diejenigen des unteren Zweigs verbunden sind, durch einen Bondingdraht 16 elektrisch verbunden ist, so dass sie das gleiche Potential haben.
  • Unter den Verdrahtungsmustern 3, 4 werden für den Zweck der Beschreibung Verdrahtungsmuster, die mit den AC-Anschlüssen 10a, 10b der Schaltungsblöcke 101, 102 verbunden sind, als AC-Anschlussmusterbereiche 4a bzw. 4b bezeichnet. Gemäß der Ausführungsform 2 ist der AC-Anschlussmusterbereich 4a des A-Blocks 101 mit dem AC-Anschlussmusterbereich 4b des B-Blocks 102 durch den Bondingdraht 16 innerhalb des Gehäuses 21 elektrisch verbunden, so dass sie das gleiche Potential haben.
  • 12 ist ein Äquivalenzschaltbild des Leistungshalbleitermoduls 200 gemäß der Ausführungsform 2. Das Leistungshalbleitermodul 200 ist ähnlich demjenigen von Ausführungsform 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss 11a der positiven Elektrode und der Anschluss 12a der negativen Elektrode des A-Blocks 101 nahe an dem Anschluss 11b der positiven Elektrode und dem Anschluss 12b der negativen Elektrode des B-Blocks 102 angeordnet sind.
  • In einem Verwendungsfall, bei dem die Schaltungsblöcke 101, 102 unter Verwendung von externen Busschienen parallelgeschaltet sind, wird, da die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode nahe aneinander angeordnet sind, eine Schwankung der Verbindungslänge zu der externen Busschiene zwischen den Schaltungsblöcken reduziert.
  • Somit kann eine Schwankung der Induktivität zwischen den Schaltungsblöcken reduziert werden, und eine Schwankung des Stroms, die durch die Schwankung der Induktivität verursacht wird, kann ebenfalls reduziert werden, so dass eine Angleichung des durch das Leistungshalbleitermodul 200 fließenden Stroms ermöglicht wird.
  • Während darüber hinaus das Leistungshalbleitermodul 100 durch Anschluss an die externen Busschienen als eine Energieumsetzungseinrichtung verwendet wird, kann eine Reduzierung der Induktivität in der Energieumsetzungseinrichtung erzielt werden, da die Gesamtlänge der externen Busschienen reduziert wird.
  • 13 ist ein Schaltbild, das eine Kommutierungsschleife L4 bei einem Schaltvorgang eines Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen eines oberen Zweigs in einer Schaltung mit zwei Ebenen darstellt. In dem Leistungshalbleitermodul 200 gemäß der Ausführungsform 2 sind zwei Schaltungsblöcke des oberen/unteren Zweigs innerhalb des Moduls angeordnet.
  • Somit werden den beiden Schaltungsblöcken entsprechend zwei Pfade erzeugt, die als Kommunikationsschleife L4 gezeigt sind, die in 13 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, und die Induktivität kann im Vergleich zu derjenigen für einen Schaltungsblock reduziert werden. Der AC-Anschlussmusterbereich 4a eines Schaltungsblocks, mit welchem die AC-Anschlüsse 10 und die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdioden 7 des unteren Zweigs verbunden sind, ist an den AC-Anschlussmusterbereich 4b des anderen Schaltungsblocks, mit dem ebensolche verbunden sind, durch den Bondingdraht 16 elektrisch angeschlossen.
  • Somit ist ein durch die punktierte Linie in 13 angegebener Pfad eine Kommutierungsschleife L5. Das Leistungshalbleitermodul 200 gemäß der Ausführungsform 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schaltungsblöcke innerhalb des Leistungshalbleitermoduls elektrisch verbunden sind. Da sie innerhalb des Leistungshalbleitermoduls 200 verbunden sind, wird die Kommutierungsschleife L5 dadurch klein, dass sie nicht durch die AC-Anschlüsse 10 verläuft, wie in 7 gezeigt, und die Induktivität der Kommutierungsschleife L5 (durch die punktierte Linie in den 11, 13 angegebener Pfad), welche von dem Anschluss 11b der positiven Elektrode zu dem Anschluss 12a der negativen Elektrode verläuft, wird gering.
  • In der Kommutierungsschleife L5, die von dem Anschluss 11b der positiven Elektrode zu dem Anschluss 12a der negativen Elektrode verläuft, ist ein Pfad, in welchem Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt, entlang der Schleife angeordnet, so dass eine weitere Reduzierung der Induktivität der Kommutierungsschleife ermöglicht wird. Der Grund dafür liegt darin, dass das Verdrahtungsmuster 4 nahe an dem Anschluss 11b der positiven Elektrode und dem Anschluss 12a der negativen Elektrode entlang der Schleife angeordnet werden kann.
  • Der Grund dafür liegt darin, dass das Verdrahtungsmuster 3 und das Verdrahtungsmuster 4, die jeweils einem Pfad entsprechen, in welchem der Hauptstrom des Schaltungsblocks fließt, eine Relation einer im Wesentlichen parallelen Verschiebung zwischen den beiden Schaltungsblöcken entlang der Seite des Gehäuses 21 haben, an welcher die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode angeordnet sind.
  • Auf diese Weise wird nicht nur die Erzielung einer Reduzierung der Induktivität durch Anordnen der beiden Schaltungsblöcke, sondern auch die Erzielung einer weiteren Reduzierung der Induktivität durch elektrische Verbindung der Schaltungsblöcke 101, 102 ermöglicht.
  • Wenn andererseits die AC-Anschlüsse 10a, 10b außerhalb des Moduls unter Verwendung der externen Busschienen verbunden werden, wie in dem Leistungshalbleitermodul 100 gezeigt, so ist, da die Induktivität der AC-Anschlüsse selbst groß ist, die Induktivität der Kommutierungsschleife L3, die durch die punktierte Linie in 7 angegeben ist, welche durch die AC-Anschlüsse verläuft, größer als die Induktivität der Kommutierungsschleife L2, die in 7 durch die durchgezogene Linie angegeben ist.
  • Als Resultat ist die Reduzierung der Induktivität gering, da die Induktivität der Kommutierungsschleife L2 vorherrscht, die in 7 durch die durchgezogene Linie angegeben ist, und ein Effekt gleich demjenigen des Leistungshalbleitermoduls 200 gemäß der Ausführungsform 2 kann nicht erzielt werden.
  • Während gemäß der Ausführungsform 2 der Fall beschrieben wird, in dem die elektrische Verbindung zwischen den zwei Schaltungsblöcken, so dass sie das gleiche Potential haben, durch den Bondingdraht 16 erfolgt, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung auch durch Einsetzen eines beliebigen anderen Verfahrens erzielt werden, solange eine elektrische Verbindung zur Herstellung des gleichen Potentials geschaffen wird.
  • Während das Leistungshalbleitermodul 200, bei welchem zwei Blöcke, der A-Block 101 und der B-Block 102, parallel angeordnet sind, bei der Ausführungsform 2 beschrieben wird, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung auch erzielt werden, wenn die Anzahl der parallel anzuordnenden Schaltungsblöcke zwei oder mehr beträgt.
  • Da wie vorstehend beschrieben das Verdrahtungsmuster 4 des Schaltungsblocks 101, mit dem die AC-Anschlüsse 10a gebondet sind, mit dem Verdrahtungsmuster 4 des Schaltungsblocks 102, mit dem die AC-Anschlüsse 10b verbunden sind, durch den Bondingdraht 16 elektrisch verbunden ist, so dass sie das gleiche Potential haben, wird die Kommutierungsschleife L klein, und die Induktivität der Kommutierungsschleife, die von dem Anschluss 11b der positiven Elektrode zu dem Anschluss 12a der negativen Elektrode verläuft, kann weiter reduziert werden.
  • Ausführungsform 3
  • 14 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 3 zur Realisierung der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Leistungshalbleitermodul 300 gemäß der Ausführungsform 3 hat einen Pfad, durch welchen der Hauptstrom fließt, und Bauelemente, die beinahe gleich denjenigen des Leistungshalbleitermoduls 200 gemäß der Ausführungsform 2 sind.
  • Was die Ausführungsform 3 von der Ausführungsform 2 unterscheidet, ist, dass in dem Leistungshalbleitermodul 200 gemäß der Ausführungsform 2 zwar eine Gruppe von Steueranschlüssen (Gate-Steueranschlüsse für die positive/negative Elektrode und Source-Steueranschlüsse für die positive/negative Elektrode) des oberen/unteren Zweigs für jeden der Schaltungsblöcke angeordnet ist, in dem Leistungshalbleitermodul 300 gemäß der Ausführungsform 3 jedoch Steueranschlüsse für die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen für jeden Schaltungsblock unter den Schaltungsblöcken gemeinsam genutzt werden.
  • Steueranschlüsse 13, 14 (Gate-Steueranschluss 13g für die positive Elektrode, Gate-Steueranschluss 14g für die negative Elektrode, Source-Steueranschluss 13s für die positive Elektrode, Source-Steueranschluss 14s für die negative Elektrode) der Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen/unteren Zweigs werden von den Schaltungsblöcken 101, 102 gemeinsam genutzt und sind auf einer Seite der Oberfläche des Gehäuses 21 angeordnet.
  • In dem Verdrahtungsmuster 3 werden zum Zweck der Beschreibung Verdrahtungsmusterbereiche, die mit den Steueranschlüssen 13, 14 der Schaltungsblöcke 101, 102 verbunden sind, als Steuerverdrahtungsmusterbereiche bezeichnet. Die Steuerverdrahtungsmusterbereiche sind in einen Gate-Steuerverdrahtungsmusterbereich der positiven Elektrode, einen Gate- Steuerverdrahtungsmusterbereich der negativen Elektrode, einen Source-Steuerverdrahtungsmusterbereich der positiven Elektrode und einen Source-Steuerverdrahtungsmusterbereich der negativen Elektrode unterteilt.
  • Gemäß der Ausführungsform 3 ist jede Steuerelektrode der Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen von jedem der Schaltungsblöcke 101, 102 mit jedem Steuerverdrahtungsmusterbereich verbunden, und jeder Steuerverdrahtungsmusterbereich des Schaltungsblocks 101 ist durch einen Bondingdraht mit dem entsprechenden Steuerverdrahtungsmusterbereich des Schaltungsblocks 102 innerhalb des Gehäuses 21 verbunden, so dass sie das gleiche Potential haben.
  • Jeder der Steuerverdrahtungsmusterbereiche, die elektrisch verbunden sind, so dass sie das gleiche Potential haben, ist mit jedem der Steueranschlüsse 13, 14 verbunden, die auf der Seite der Oberfläche des Gehäuses 21 angeordnet sind. Das heißt, dass von den Steuerverdrahtungsmusterbereichen ein Steuerverdrahtungsmusterbereich mit jedem der Steueranschlüsse 13, 14 verbunden ist.
  • Das Leistungshalbleitermodul 300 gemäß der Ausführungsform 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass ähnlich wie bei demjenigen gemäß der Ausführungsform 1 der Anschluss der positiven Elektrode und der Anschluss der negativen Elektrode des A-Blocks 101 nahe an dem Anschluss der positiven Elektrode und dem Anschluss der negativen Elektrode des B-Blocks 102 angeordnet sind.
  • In einem Verwendungsfall, bei dem die Schaltungsblöcke 101, 102 unter Verwendung von externen Busschienen parallelgeschaltet sind, wird, da die Anschlüsse der positiven Elektrode und die Anschlüsse der negativen Elektrode nahe aneinander angeordnet sind, eine Schwankung der Verbindungslänge zu der externen Busschiene zwischen den Schaltungsblöcken reduziert.
  • Somit kann eine Schwankung der Induktivität zwischen den Schaltungsblöcken reduziert werden, und eine Schwankung des Stroms, die durch die Schwankung der Induktivität verursacht wird, kann ebenfalls reduziert werden, so dass eine Angleichung des durch das Leistungshalbleitermodul 300 fließenden Stroms ermöglicht wird.
  • Während darüber hinaus das Leistungshalbleitermodul 300 durch Anschluss an die externen Busschienen als eine Energieumsetzungseinrichtung verwendet wird, kann eine Reduzierung der Induktivität in der Energieumsetzungseinrichtung erzielt werden, da die Gesamtlänge der externen Busschienen reduziert wird.
  • Das Verdrahtungsmuster 4 eines Schaltungsblocks ist mit dem Verdrahtungsmuster 4 des anderen Schaltungsblocks durch den Bondingdraht 16 elektrisch verbunden und das Verdrahtungsmuster 3 und das Verdrahtungsmuster 4, die jeweils einem Pfad entsprechen, in welchem der Hauptstrom des Schaltungsblocks fließt, haben eine Relation einer im Wesentlichen parallelen Verschiebung entlang der Seite des Gehäuses 21, an welcher die Anschlüsse der positiven Elektrode und die Anschlüsse der negativen Elektrode angeordnet sind. Daher kann ähnlich wie bei Ausführungsform 2 die Induktivität des Leistungshalbleitermoduls 300 reduziert werden.
  • In dem Leistungshalbleitermodul 300 gemäß der Ausführungsform 3 ist der Gate-Steuerverdrahtungsmusterbereich des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen eines Schaltungsblocks mit dem des anderen Schaltungsblocks elektrisch verbunden. Dies stellt eine Relation einer parallelen Verschiebung in den Hauptschaltungen her und somit ist das Modul 300 dadurch gekennzeichnet, dass eine Relation zwischen der Richtung des Hauptstroms, die in 14 durch Pfeile angegeben ist, und der Richtung des Gate-Ladungs-/Entladungsstroms des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen für alle Schaltungsblöcke vereinheitlicht ist.
  • Das heißt, dass die Relation zwischen der Richtung des Gate-Ladungs-/Entladungsstroms des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen, der durch den Steuerverdrahtungsmusterbereich fließt, und der Richtung des Hauptstroms, der durch das Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen fließt, für den Schaltungsblock 101 und den Schaltungsblock 102, welche der obere/untere Zweig sind, gleich ist.
  • Durch den Hauptstrom verursachte elektromagnetische Induktion erzeugt eine elektromotorische Kraft in den Gate-Ladungs-/Entladungspfaden, wie etwa dem Gate-Steuerverdrahtungsmusterbereich des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und dem Bondingdraht 15.
  • Daher kann durch Vereinheitlichung der Richtung des Hauptstroms und der Richtung des Gate-Ladungs-/Entladungsstroms des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen zwischen den Schaltungsblöcken die Induktivität des Hauptstroms zu dem Gate des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen für jeden Schaltungsblock vereinheitlicht werden, und somit kann das Stromungleichgewicht zwischen den Schaltungsblöcken reduziert werden.
  • Da wie vorstehend beschrieben die Steueranschlüsse 13, 14 des Halbleiterelements 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen der Schaltungsblöcke 101, 102 von den Schaltungsblöcken 101, 102 gemeinsam genutzt werden, kann die Induktivität des Hauptstroms in Bezug auf das Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen zwischen den Schaltungblöcken 101, 102 vereinheitlicht werden und somit kann ein Ungleichgewicht des Stroms reduziert werden.
  • Ausführungsform 4
  • 15 ist eine schematische Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 4 zur Realisierung der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Leistungshalbleitermodul 400 gemäß der Ausführungsform 4 hat einen Pfad, durch welchen der Hauptstrom fließt, und Bauelemente, die beinahe gleich wie die des Leistungshalbleitermoduls 200 gemäß der Ausführungsform 2 sind.
  • Was die Ausführungsform 4 von der Ausführungsform 2 unterscheidet, ist, dass der A-Block 101 und der B-Block 102 zwar so angeordnet sind, dass sie die Relation der im Wesentlichen parallelen Verschiebung in dem Leistungshalbleitermodul 200 gemäß der Ausführungsform 2 haben, aber der A-Block 101 und der B-Block 102 in dem Leistungshalbleitermodul 400 gemäß der Ausführungsform 4 so angeordnet sind, dass sie eine im Wesentlichen spiegelsymmetrische Relation haben.
  • Die Verdrahtungsmuster 3, 4, die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdioden 7, die für jeden der Schaltungsblöcke 101, 102 vorgesehen sind, werden in einem Block in der entgegengesetzten Richtung bezüglich denjenigen in dem benachbarten Block angeordnet.
  • Durch Verwendung einer derartigen Anordnung hat ein Strom, der durch den Bondingdraht 15 zur Verbindung der Verdrahtungsmuster 3, 4 mit den Halbleiterelementen 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und den Freilaufdioden 7 in dem einen Block fließt, in Bezug auf denjenigen im benachbarten Block die entgegengesetzte Richtung.
  • Da ähnlich wie bei der Ausführungsform 2 in dem Leistungshalbleitermodul 400 gemäß der Ausführungsform 4 die AC-Anschlüsse 10, d. h. das Verdrahtungsmuster, mit welchem die Halbleiterelemente des unteren Zweigs gebondet sind, einer Schaltung mit demjenigen der anderen Schaltung elektrisch verbunden ist, wird eine Kommutierungsschleife gebildet, die von dem Anschluss der positiven Elektrode einer Schaltung zu dem Anschluss der negativen Elektrode der anderen Schaltung verläuft.
  • Daher kann die Induktivität weiter reduziert werden. Da der A-Block 101 und der B-Block 102 so angeordnet sind, dass sie eine im Wesentlichen spiegelsymmetrische Relation haben, können die Richtung des Hauptstroms und die Richtung des Gate-Ladungs-/Entladungsstroms der Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen für jeden der Schaltungsblöcke vereinheitlicht werden, während die Steueranschlüsse 13, 14 für jeden der Schaltungsblöcke angeordnet sind, und somit kann ein Stromungleichgewicht zwischen den Schaltungsblöcken reduziert werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Schaltungsblöcke nicht auf zwei beschränkt sein soll und eine weitgehende Spiegelsymmetrie erreicht werden kann, wenn die Anzahl 2n (wobei n eine natürliche Zahl ist) beträgt.
  • Hier kann in einem Fall, in dem kein Bondingdraht 16 in 15 vorgesehen ist, wobei die AC-Anschlüsse 10, d. h. das Verdrahtungsmuster, mit welchem die Halbleiterelemente des unteren Zweigs gebondet sind, der einen Schaltung nicht mit demjenigen der anderen Schaltung elektrisch verbunden ist, oder in einem Fall, in welchem die Steueranschlüsse des A-Blocks 101 und des B-Blocks 102, welche spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind, von den Blöcken gemeinsam genutzt werden, ein Effekt gleich demjenigen gemäß der Ausführungsform 1 erzielt werden.
  • Daher ist das elektrische Verbinden der AC-Anschlüsse 10, d. h. des Verdrahtungsmusters, mit welchem die Halbleiterelemente des unteren Zweigs gebondet sind, einer Schaltung mit demjenigen der anderen Schaltung oder das Anordnen von Steueranschlüssen für jeden der Schaltungsblöcke keine Einschränkung.
  • Wenn der A-Block 101 und der B-Block 102 in Spiegelsymmetrie zueinander angeordnet sind, kann die Induktivität reduziert werden, indem die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode nahe beieinander vorgesehen werden.
  • Da, wie vorstehend beschrieben, die Verdrahtungsmuster 3, 4 und die Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdioden 7, die für jeden der Schaltungsblöcke 101, 102 vorgesehen sind, unter den benachbarten Blöcken in Spiegelsymmetrie zueinander angeordnet sind, kann die Richtung des Hauptstroms und die Richtung des Gate-Ladungs-/Entladungsstroms für jeden der Schaltungsblöcke vereinheitlicht werden, und somit kann ein Stromungleichgewicht zwischen den Schaltungsblöcken reduziert werden.
  • Ausführungsform 5
  • 16 ist eine schematische Draufsicht, die den inneren Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß Ausführungsform 5 zur Realisierung der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Leistungshalbleitermodul 500 gemäß der Ausführungsform 5 hat einen inneren Aufbau, der beinahe gleich demjenigen des Leistungshalbleitermoduls 400 gemäß der Ausführungsform 4 ist.
  • Was die Ausführungsform 5 von der Ausführungsform 4 unterscheidet, ist, dass zwar das Verdrahtungsmuster 3 des Schaltungsblocks 101, mit dem die Anschlüsse der negativen Elektrode verbunden sind, mit dem Verdrahtungsmuster 3 des Schaltungsblocks 102, mit dem diese verbunden sind, nicht durch einen Bondingdraht etc. elektrisch verbunden ist, in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der Ausführungsform 5 jedoch die Verdrahtungsmuster 3 miteinander durch einen Bondingdraht 17 verbunden sind.
  • Das Verdrahtungsmuster 3 eines unteren Zweigs und das des anderen unteren Zweigs sind durch den Bondingdraht 17 miteinander elektrisch verbunden, so dass sie das gleiche Potential haben. Indem die Verdrahtungsmuster 3 auf diese Weise miteinander verbunden werden, wird ein durch eine durchgezogene Linie in 16 angegebener Strompfad hergestellt (eine punktierte Linie ist der gemäß der Ausführungsform 4 gezeigte Strompfad).
  • 17 ist ein Schaltbild, das eine Kommutierungsschleife bei einem Schaltvorgang eines Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen eines oberen Zweigs in einer Schaltung mit zwei Ebenen zeigt. In dem Leistungshalbleitermodul 500 gemäß der Ausführungsform 5 sind zwei Schaltungsblöcke des oberen/unteren Zweigs in dem Modul angeordnet.
  • Während in dem Leistungshalbleitermodul 400 gemäß der Ausführungsform 4 die Kommutierungsschleifen L4, L5 vorhanden sind, ist gemäß der Ausführungsform 5 eine Kommutierungsschleife L6 hinzugefügt, indem die Verdrahtungsmuster 3 miteinander verbunden werden, und es wird festgestellt, dass die Anzahl der Kommutierungsschleifen zunimmt. Da ein Induktivitätswert einer Kommutierungsschleife die Neigung hat, mit zunehmender Anzahl der Strompfade abzunehmen, kann die Induktivität in dem Leistungshalbleitermodul 500 gemäß der Ausführungsform 5 im Vergleich zu derjenigen in dem Leistungshalbleitermodul 400 gemäß der Ausführungsform 4 weiter reduziert werden. Es sei angemerkt, dass in 16 zwar zwei Bondingdrähte 17 zur elektrischen Verbindung der Verdrahtungsmuster 3 miteinander vorgesehen sind, deren Anzahl jedoch nicht notwendigerweise zwei ist, und der Effekt der vorliegenden Erfindung auch erzielt werden kann, wenn nur einer der beiden Bondingdrähte vorgesehen ist.
  • Während gemäß der Ausführungsform 5 der Fall beschrieben wird, in welchem die elektrische Verbindung zwischen den zwei Schaltungsblöcken, so dass sie das gleiche Potential haben, durch den Bondingdraht 17 hergestellt wird, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung auch erzielt werden, indem ein beliebiges anderes Verfahren verwendet wird, solange eine elektrische Verbindung hergestellt wird, so dass das gleiche Potential vorliegt.
  • Auch kann der Effekt der vorliegenden Erfindung auch dann erzielt werden, wenn die Anzahl der Schaltungsblöcke, die parallel anzuordnen sind, zwei oder mehr beträgt, obgleich bei der Ausführungsform 5 das Leistungshalbleitermodul 500 beschrieben wird, in welchem zwei Blöcke, der A-Block 101 und der B-Block 102, parallel angeordnet sind.
  • Da, wie vorstehend beschrieben, das Verdrahtungsmuster 3 des unteren Zweigs des Schaltungsblocks 101, das mit dem Anschluss 12a der negativen Elektrode verbunden ist, und das Verdrahtungsmuster 3 des unteren Zweigs des Schaltungsblocks 102, das mit dem Anschluss 12b der negativen Elektrode verbunden ist, durch den Bondingdraht 17 miteinander elektrisch verbunden sind, so dass sie das gleiche Potential haben, nimmt die Anzahl der Strompfade in der Kommutierungsschleife zu und die Induktivität der zu den Anschlüssen 12a, 12b der negativen Elektrode verlaufenden Kommutierungsschleife kann reduziert werden.
  • Während in der Energieumsetzungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 5 das Leistungshalbleitermodul beschrieben wird, bei welchem der A-Block 101 und der B-Block 102 so angeordnet sind, dass sie eine im Wesentlichen spiegelsymmetrische Relation haben, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung auch dann erzielt werden, wenn das Leistungshalbleitermodul verwendet wird, in welchem der A-Block 101 und der B-Block 102 so angeordnet sind, dass sie die Relation einer im Wesentlichen parallelen Verschiebung haben, wie in den anderen Leistungshalbleitermodulen 100, 200 und 300 in den Ausführungsformen 1 bis 3 gezeigt.
  • Ausführungsform 6
  • 18 ist eine schematische Draufsicht einer Energieumsetzungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 zur Realisierung der vorliegenden Erfindung. 19 ist eine schematische Querschnittsdarstellung von 18. Das in 18 gezeigte Leistungshalbleitermodul 100 ist das gemäß der Ausführungsform 1 beschriebene Leistungshalbleitermodul. Während in 18 das Leistungshalbleitermodul 100 veranschaulicht ist, um eine Phase eines Wechselrichters darzustellen, ist der Wechselrichter tatsächlich mit drei Phasen aufgebaut und drei Leistungshalbleitermodule sind mindestens erforderlich.
  • Im Allgemeinen sind die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode des Leistungshalbleitermoduls 100 für jede der drei Phasen durch eine Busschiene 30 für die positive Elektrode elektrisch verbunden, und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode desselben sind durch eine externe Busschiene 31 für die negative Elektrode elektrisch verbunden.
  • Wie gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben, sind in dem Leistungshalbleitermodul 100 die Anschlüsse 11a, 11b der positiven Elektrode und die Anschlüsse 12a, 12b der negativen Elektrode und die AC-Anschlüsse 10a, 10b auf zwei gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Da in einem oberen Bereich des Leistungshalbleitermoduls 101 freier Raum hergestellt wird, kann daher eine Steuerungstreiber-Leiterplatte 33 angeordnet werden, auf welcher eine Steuerungstreiberschaltung zur Steuerung der Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des Leistungshalbleitermoduls 100 angebracht ist.
  • Das heißt, dass die Steuerungstreiber-Leiterplatte 33 über der Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls 100 angeordnet ist. Da die Steueranschlüsse 13, 14 in dem Leistungshalbleitermodul 100 Anschlüsse vom Stift-Typ sind, kann es hilfreich sein, eine Steuerungstreiber-Leiterplatte 33 zu verwenden, in welcher Durchgangslöcher vorgesehen sind, so dass die Steueranschlüsse 13, 14 mit dieser verlötet werden können. Dies ist jedoch keine Einschränkung und der Effekt der vorliegenden Erfindung kann auch dann erzielt werden, wenn andere Verbindungsverfahren verwendet werden, solange die Steuerungstreiber-Leiterplatte über dem Leistungshalbleitermodul 100 angeordnet werden kann. In dem Leistungshalbleitermodul 100, in welchem Steueranschlüsse für jeden der Schaltungsblöcke vorgesehen sind, werden die Steueranschlüsse für jeden Block unter Verwendung einer Treiber-Leiterplatte oder einer Verdrahtung miteinander verbunden.
  • Wenn die Steuerungstreiber-Leiterplatte über dem Leistungshalbleitermodul 100 angeordnet werden kann, vermindert ein kurzer Abstand von den Steueranschlüssen 13, 14 den Effekt von Rauschen, und somit ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Fehlfunktion der Halbleiterelemente 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen auftritt, so dass ein Versagen des Leistungshalbleitermoduls 100 verhindert wird.
  • Da ferner ein toter Raum genutzt werden kann, wird eine Verkleinerung der Energieumsetzungseinrichtung ermöglicht. Während das in 1 beschriebene Leistungshalbleitermodul 100 verwendet wird, um die Energieumsetzungseinrichtung gemäß der Ausführungsform 6 zu beschreiben, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung auch erzielt werden, wenn die Leistungshalbleitermodule 200, 300, 400 und 500 gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 verwendet werden.
  • In allen Ausführungsformen können das Halbleiterelement 6 vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdiode aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke hergestellt sein, der im Vergleich zu Silicium eine große Bandlücke hat. Materialien auf der Basis von Siliciumcarbid, Galliumnitrid und Diamant sind Beispiele für Halbleiter mit großer Bandlücke.
  • Da das Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdiode, die aus einem derartigen Halbleiter mit großer Bandlücke hergestellt sind, eine hohe Durchbruchspannung und eine große zulässige Stromdichte haben, können das Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und die Freilaufdiode verkleinert werden.
  • Daher wird durch Verwendung von verkleinerten Halbleiterelementen vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und Freilaufdioden die Verkleinerung des Leistungshalbleitermoduls ermöglicht, in dem diese Elemente eingebettet sind.
  • Während eine Erhöhung der Schaltfrequenz aufgrund des geringen Leistungsverlusts möglich wird, ist eine Verminderung der Induktivität des Leistungshalbleitermoduls erforderlich, wenn Schaltvorgänge mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Wenn Halbleiter mit großer Bandlücke in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann eine Stoßspannung bei Schaltvorgängen mit hoher Geschwindigkeit reduziert werden, und somit wird eine Erhöhung der Schaltfrequenz ermöglicht. Mit der Erhöhung der Schaltfrequenz wird eine Verkleinerung der Energieumsetzungseinrichtung ermöglicht, in welcher das Leistungshalbleitermodul eingebettet ist.
  • Es sei angemerkt, dass es zwar wünschenswert ist, dass sowohl das Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen als auch die Freilaufdiode aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke hergestellt werden, der Effekt der vorliegenden Erfindung jedoch auch erzielt werden kann, wenn eines der beiden Elemente und die Diode aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke hergestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Grundplatte
    2
    keramische Isolierschicht
    3, 4
    Verdrahtungsmuster
    5
    keramisches Isoliersubstrat
    6
    Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen
    7
    Freilaufdiode
    8
    Chip-Widerstand
    9
    Lot
    10,
    AC-Anschlüsse
    10a, 10b
    AC-Anschlüsse
    11
    Anschlüsse der positiven Elektrode
    11a, 11b
    Anschlüsse der positiven Elektrode
    12
    Anschlüsse der negativen Elektrode
    12a, 12b
    Anschlüsse der negativen Elektrode
    13, 14
    Steueranschlüsse
    13g
    Gate-Steueranschlüsse für die positive Elektrode
    13ga, 13gb
    Gate-Steueranschlüsse für die positive Elektrode
    14g
    Gate-Steueranschlüsse für die negative Elektrode
    14ga, 14gb
    Gate-Steueranschlüsse für die negative Elektrode
    13s
    Source-Anschlüsse für die positive Elektrode
    13sa, 13sb
    Source-Anschlüsse für die positive Elektrode
    14s
    Source-Anschlüsse für die negative Elektrode
    14sa, 14sb
    Source-Anschlüsse für die negative Elektrode
    15, 16, 17
    Bondingdrähte
    20
    Vergussharz
    21
    Gehäuse
    22
    Deckel
    23
    Mutter
    30
    externe Busschiene der positiven Elektrode
    31
    externe Busschiene der negativen Elektrode
    32
    Kondensator
    33
    Steuerungstreiber-Leiterplatte
    40
    Last
    100
    Leistungshalbleitermodul
    200
    Leistungshalbleitermodul
    300
    Leistungshalbleitermodul
    400
    Leistungshalbleitermodul
    500
    Leistungshalbleitermodule
    101, 102
    Schaltungsblöcke

Claims (16)

  1. Leistungshalbleitermodul, der Folgendes aufweist: – einen oberen/unteren Zweig, der so aufgebaut ist, dass Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen in Reihe geschaltet sind; – einen DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode, einen DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode und einen AC-Anschluss, welche mit dem oberen/unteren Zweig verbunden sind; und – ein Verdrahtungsmuster, welches die Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen/unteren Zweigs mit dem DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode, dem DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode und dem AC-Anschluss verbindet, – wobei der obere/unteren Zweig mehrmals vorhanden ist; – wobei der DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode, der DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode und der AC-Anschluss jeweils entsprechend dem oberen/unteren Zweig mehrmals angeordnet sind; und – wobei die DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode und die DC-Anschlüsse für die Seite der negativen Elektrode nahe beieinander angeordnet sind.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Kontur des Leistungshalbleitermoduls eine im Wesentlichen viereckige Oberfläche hat; und wobei die DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode und die DC-Anschlüsse für die Seite der negativen Elektrode auf einer Seite der im Wesentlichen viereckigen Oberfläche angeordnet sind; und wobei die AC-Anschlüsse auf einer dieser Seite gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei die Kontur des Leistungshalbleitermoduls eine im Wesentlichen viereckige Oberfläche hat; und wobei die DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode, die DC-Anschlüsse für die Seite der negativen Elektrode und die AC-Anschlüsse innerhalb der im Wesentlichen viereckigen Oberfläche angeordnet sind.
  4. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Abstand zwischen jedem der DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode und seinem entsprechenden DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode kürzer ist als ein Abstand zwischen jedem DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode und seinem entsprechenden AC-Anschluss.
  5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die DC-Anschlüsse für die Seite der positiven Elektrode und die DC-Anschlüsse für die Seite der negativen Elektrode abwechselnd angeordnet sind.
  6. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anzahl der Paare von oberen/unteren Zweigen n ist (wobei n eine natürliche Zahl ist) und der DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode und der DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode, die entsprechend mit einem oberen/unteren Zweig jedes Paares der oberen/unteren Zweige verbunden sind, in Spiegelsymmetrie in Bezug auf den DC-Anschluss für die Seite der positiven Elektrode und den DC-Anschluss für die Seite der negativen Elektrode angeordnet sind, die entsprechend mit dem anderen oberen/unteren Zweig jedes Paares der oberen/unteren Zweige verbunden sind.
  7. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verdrahtungsmuster AC-Anschlussmusterbereiche hat, die jeweils mit jedem der AC-Anschlüsse verbunden sind; und wobei die AC-Anschlussmusterbereiche miteinander elektrisch verbunden sind.
  8. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verdrahtungsmuster Anschlussmusterbereiche der negativen Elektrode hat, die jeweils mit jedem der AC-Anschlüsse verbunden sind; und wobei die Anschlussmusterbereiche der negativen Elektrode miteinander elektrisch verbunden sind.
  9. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verdrahtungsmuster Steuerverdrahtungsmusterbereiche hat, die jeweils mit jeder der Steuerelektroden der Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen/unteren Zweigs verbunden sind; und wobei jeder der Steuerverdrahtungsmusterbereiche mit jedem der Steueranschlüsse verbunden ist, die für jeden der oberen/unteren Zweige angeordnet sind.
  10. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verdrahtungsmuster Steuerverdrahtungsmusterbereiche hat, die jeweils mit jeder der Steuerelektroden der Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen/unteren Zweigs verbunden sind; und wobei eine Relation zwischen einer Richtung eines Gate-Ladungs-/Entladungsstroms des Halbleiterelements vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen, der durch den Steuerverdrahtungsmusterbereich fließt, und einer Richtung des Hauptstroms, der durch das Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen fließt, in dem oberen/unteren Zweig vereinheitlicht ist.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verdrahtungsmuster Steuerverdrahtungsmusterbereiche hat, die jeweils mit jeder der Steuerelektroden der Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des oberen/unteren Zweigs verbunden sind; und wobei die Steuerverdrahtungsmusterbereiche elektrisch miteinander verbunden sind und ein Steuerverdrahtungsmusterbereich aus den Steuerverdrahtungsmusterbereichen mit einem Steueranschluss verbunden ist, der an dem oberen/unteren Zweig angeordnet ist.
  12. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anzahl der oberen/unteren Zweige gleich dem Zweifachen von n ist (wobei n eine natürliche Zahl ist) und die Verdrahtungsmuster in Spiegelsymmetrie zueinander angeordnet sind, und die Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen, welche die zweimal n oberen/unteren Zweige bilden, in Spiegelsymmetrie zueinander angeordnet sind.
  13. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Diode vorgesehen ist, die mit dem Verdrahtungsmuster gebondet ist, so dass sie mit jedem der Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen antiparallel verbunden ist; und wobei jeder der oberen/unteren Zweige durch die Reihenverbindung von parallelen Schaltungen konfiguriert ist, von welchen jede mit dem jeweiligen Halbleiterelement vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen und der Diode konfiguriert ist.
  14. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 13, wobei die Diode aus einem beliebigen Material auf der Basis von Siliciumcarbid, Galliumnitrid und Diamant hergestellt ist, das im Vergleich zu Silicium eine größere Bandlücke hat.
  15. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen aus einem beliebigen Material auf der Basis von Siliciumcarbid, Galliumnitrid und Diamant hergestellt sind, das im Vergleich zu Silicium eine größere Bandlücke hat.
  16. Energieumsetzungseinrichtung, die Folgendes aufweist: – ein Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15; und – eine Steuerungstreiberschaltung, welche die Halbleiterelemente vom Typ mit selbstlöschendem Lichtbogen des Leistungshalbleitermoduls steuert, wobei die Steuerungstreiberschaltung über einer Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls angeordnet ist.
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