DE112015000846T5 - Halbleitermodul - Google Patents

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Abstract

Es ist ein Halbleitermodul 2 mit einer Verdrahtung hohen Potentials 300, einer Ausgabeverdrahtung 400, einer Verdrahtung niedrigen Potentials 500, einer Schaltvorrichtung des oberen Arms 110, einer Diode des oberen Arms 120, einer Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und einer Diode des unteren Arms 220 bereitgestellt. Ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 ist konfiguriert, um kleiner zu sein als ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Ferner ist ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des oberen Arms 120 konfiguriert, um kleiner zu sein als ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des unteren Arms 220.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Anmeldung ist eine verwandte Anmeldung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-028704 , eingereicht am 18. Februar 2014, und beansprucht die Priorität von dieser, wobei die gesamten Inhalte davon hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen sind.
  • Die hier offenbarte Technologie bezieht sich auf ein Haltleitermodul.
  • Stand der Technik
  • Die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2001-308263 (nachstehend als Patentschrift 1 bezeichnet) offenbart ein Haltleitermodul, das eine erste Verdrahtung, eine zweite Verdrahtung, eine dritte Verdrahtung, einen an der Seite des oberen Arms befindlichen Halbleiterchip, der zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist, und einen sich an der Seite des unteren Arms befindlichen Halbleiterchip, der zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist, umfasst. Die erste Verdrahtung, die zweite Verdrahtung, die dritte Verdrahtung, der sich an der Seite des oberen Arms befindliche Halbleiterchip und der sich an der Seite des unteren Arms befindliche Halbleiterchip werden mit Harz eingegossen. Jeder Halbleiterchip umfasst eine Schaltvorrichtung und eine Diode.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In einem Typ eines Halbleitermoduls, wie jenem in der Patentschrift 1, ist eine weitere Verlustreduzierung erwünscht. Um einen Verlust in einem solchen Halbleitermodul zu reduzieren, wird eine Verlustreduzierung in der Schaltvorrichtung und in der Diode notwendig. Verluste, die in diesen Vorrichtungen erzeugt werden, umfassen einen stetigen Verlust und einen Schaltverlust. Jedoch befinden sich der stetige Verlust und der Schaltverlust in einer Austauschbeziehung, so dass es schwierig ist, beide davon gleichzeitig zu reduzieren.
  • Lösung des technischen Problems
  • Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat herausgefunden, dass in einer Abwärts-/Aufwärts("Buck-Boost")-Schaltung, die mit dem vorstehend genannten Typ eines Halbleitermoduls ausgestattet ist, der in einem oberen Arm erzeugte Verlust in vielen Fällen ein höheres Verhältnis des stetigen Verlustes im Vergleich zu dem in einem unteren Arm erzeugten Verlust aufweist. Daher weist ein hier offenbartes Halbleitermodul eine erste Verdrahtung; eine zweite Verdrahtung; eine dritte Verdrahtung; eine Schaltvorrichtung des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist; eine Schaltvorrichtung des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist; eine Diode des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist, so dass die erste Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist; und eine Diode des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist, so dass die zweite Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist, auf. Zumindest eines der Folgenden (a) und (b) ist erfüllt: (a) Ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des oberen Arms ist kleiner als ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des unteren Arms; und (b) ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des oberen Arms ist kleiner als ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des unteren Arms.
  • Insbesondere bedeutet das Vorstehende (a), dass das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des oberen Arms kleiner wird als das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des unteren Arms, wenn die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Schaltvorrichtung des unteren Arms unter der gleichen Spannungsbedingung betrieben werden. Weiterhin bedeutet das Vorstehende (b), dass das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des oberen Arms kleiner wird als das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des unteren Arms, wenn die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Schaltvorrichtung des unteren Arms unter der gleichen Spannungsbedingung betrieben werden.
  • Gemäß dem vorstehenden Haltleitermodul, wie in den Vorstehenden (a) und (b) beschrieben ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass der stetige Verlust in dem oberen Arm auftritt als in dem unteren Arm, und es ist weniger wahrscheinlich, dass der Schaltverlust in dem unteren Arm auftritt als in dem oberen Arm. Gemäß dieser Konfiguration wird der Schaltverlust in dem unteren Arm unterbunden, wo das Schaltverlustverhältnis hoch ist, so dass eine Gesamtmenge eines in dem unteren Arm erzeugten Verlustes (d.h., die Gesamtmenge des stetigen Verlustes und des Schaltverlustes) reduziert werden kann. Ferner wird gemäß dieser Konfiguration der stetige Verlust in dem oberen Arm unterbunden, wo das Verhältnis des stetigen Verlustes hoch ist, so dass eine Gesamtmenge eines in dem oberen Arm erzeugten Verlustes reduziert werden kann. Demzufolge kann durch Anwenden von Vorrichtungen mit unterschiedlichen Eigenschaften in dem oberen Arm und dem unteren Arm die Gesamtmenge eines Verlustes in dem gesamten Haltleitermodul reduziert werden.
  • Kristalldefekte der Diode des oberen Arms können weniger sein als Kristalldefekte der Diode des unteren Arms.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des oberen Arms verringert werden als das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des unteren Arms.
  • Die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Schaltvorrichtung des unteren Arms können IGBTs (Abkürzung von Isolierten Gate-Bipolar-Transistoren) sein.
  • Eine p-Typ-Verunreinigungsdichte einer Kollektorregion der Schaltvorrichtung des oberen Arms kann höher sein als eine p-Typ-Verunreinigungsdichte einer Kollektorregion der Schaltvorrichtung des unteren Arms.
  • Gemäß dieser Konfiguration kann das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust des IGBT, der die Schaltvorrichtung des oberen Arms ist, verringert werden als das Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust des IGBT, der die Schaltvorrichtung des unteren Arms ist.
  • Ein weiteres hier offenbartes Halbleitermodul weist ebenso eine erste Verdrahtung; eine zweite Verdrahtung; eine dritte Verdrahtung; eine Schaltvorrichtung des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist; eine Schaltvorrichtung des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist; eine Diode des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist, so dass die erste Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist; und eine Diode des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist, so dass die zweite Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist, auf. Ein Verhältnis einer Vorrichtungsfläche der Diode des oberen Arms zu einer Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms ist größer als ein Verhältnis einer Vorrichtungsfläche der Diode des unteren Arms zu einer Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms.
  • Anhand eines eingehenden Studiums des Erfinders der vorliegenden Anmeldung wurde herausgefunden, dass in vielen Fällen ein Erregungsausmaß der Diode des oberen Arms größer ist als ein Erregungsausmaß der Diode des unteren Arms, und ein Erregungsausmaß der Schaltvorrichtung des unteren Arms größer ist als ein Erregungsausmaß der Schaltvorrichtung des oberen Arms.
  • Diesbezüglich ist gemäß dem vorstehend genannten Halbleitermodul das Verhältnis der Vorrichtungsfläche der Diode des oberen Arms zu der Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms größer als das Verhältnis der Vorrichtungsfläche der Diode des unteren Arms zu der Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms. Hierbei umfasst „Vorrichtungsfläche“ eine Fläche einer Region, wo die Schaltvorrichtung und die Diode in einer Draufsicht ausgebildet sind. Der Ausdruck „Vorrichtungsfläche“ kann mit anderen Worten als eine Fläche einer Region beschrieben werden, wo Strom fließt. D.h., dass ein großer Strom durch die Diode des oberen Arms fließen kann als im Vergleich zu der Diode des unteren Arms. Ferner kann ein großer Strom durch die Schaltvorrichtung des unteren Arms fließen als im Vergleich zu der Schaltvorrichtung des oberen Arms. Daher können gemäß dem vorstehenden Halbleitermodul die entsprechenden Vorrichtungen geeignet bezüglich deren Verwendung betrieben werden.
  • Eine Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms und der Diode des oberen Arms kann gleich einer Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms und der Diode des unteren Arms sein.
  • Gemäß dieser Konfiguration können eine sich an der Seite des oberen Arms befindliche Vorrichtung (d.h., die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Diode des oberen Arms) und eine sich an der Seite des unteren Arms befindliche Vorrichtung (d.h., die Schaltvorrichtung des unteren Arms und die Diode des unteren Arms) durch eine gleiche Größe konfiguriert sein. Durch Konfigurieren des Halbleitermoduls durch Verwenden der Vorrichtungen der gleichen Größe werden Anordnungsstrukturen der Vorrichtungen sowie Verdrahtungen in dem Modul nicht kompliziert.
  • Die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Diode des oberen Arms können in einem ersten Halbleitersubstrat bereitgestellt sein. Die Schaltvorrichtung des unteren Arms und die Diode des unteren Arms können in einem zweiten Halbleitersubstrat bereitgestellt sein.
  • Gemäß dieser Konfiguration müssen die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Diode des oberen Arms nicht auf separaten Substraten bereitgestellt sein. Gleichermaßen müssen die Schaltvorrichtung des unteren Arms und die Diode des unteren Arms nicht auf separaten Substraten bereitgestellt sein.
  • Eine Substratfläche des ersten Halbleitersubstrats kann gleich einer Substratfläche des zweiten Halbleitersubstrats sein.
  • Gemäß dieser Konfiguration können die sich an der Seite des oberen Arms befindliche Vorrichtung und die sich an der Seite des unteren Arms befindliche Vorrichtung in der gleichen Größe konfiguriert sein. Durch Konfigurieren des Halbleitermoduls durch Verwenden der Vorrichtungen der gleichen Größe werden Anordnungsstrukturen der Vorrichtungen sowie Verdrahtungen in dem Modul nicht kompliziert.
  • Die Schaltvorrichtung des oberen Arms, die Diode des oberen Arms, die Schaltvorrichtung des unteren Arms und die Diode des unteren Arms können integral mit Harz eingegossen sein.
  • Gemäß dieser Konfiguration können die jeweiligen Vorrichtungen, die das Halbleitermodul bilden, unterbunden werden, Variationen vorzuweisen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Schaltungskonfiguration eines Halbleitermoduls;
  • 2 zeigt eine Schaltungskonfiguration des Halbleitermoduls;
  • 3 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung des oberen Arms und einer Halbleitervorrichtung des unteren Arms gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung des oberen Arms und der Halbleitervorrichtung des unteren Arms gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 5 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung des oberen Arms und einer Halbleitervorrichtung des unteren Arms gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
  • 6 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung des oberen Arms und einer Halbleitervorrichtung des unteren Arms einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels;
  • 7 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung des oberen Arms und einer Halbleitervorrichtung des unteren Arms eines Referenzbeispiels des dritten Ausführungsbeispiels;
  • 8 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung des oberen Arms einer Modifikation;
  • 9 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung des oberen Arms einer Modifikation; und
  • 10 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung des oberen Arms einer Modifikation.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Wie in 1 gezeigt ist, weist ein Halbleitermodul 2 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels eine Verdrahtung hohen Potentials 300, eine Ausgabeverdrahtung 400, eine Verdrahtung niedrigen Potentials 500, eine Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100, eine Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200, eine Batterie 600 und eine Inverterschaltung 700 auf. Das Halbleitermodul 2 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels ist in einem Hybridfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug installiert. Die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 ist zwischen der Verdrahtung hohen Potentials 300 und der Ausgabeverdrahtung 400 verbunden. Die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 ist zwischen der Ausgabeverdrahtung 400 und der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden. Die Inverterschaltung 700 ist eine Schaltung zum Ansteuern eines Motors eines Fahrzeugs. Das Halbleitermodul 2 verstärkt („boost“) eine Ausgangsspannung der Batterie 600, und führt diese der Inverterschaltung 700 zu.
  • Die Verdrahtung hohen Potentials 300, die Ausgabeverdrahtung 400 und die Verdrahtung niedrigen Potentials 500 sind jeweils durch Verdrahtungsmaterialien mit Leitfähigkeit konfiguriert, beispielsweise durch Aluminiumplatten.
  • Ein negativer Anschluss der Batterie 600 ist mit der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden. Ein positiver Anschluss der Batterie 600 ist mit einem Ende einer Reaktanz 610 verbunden. Das andere Ende der Reaktanz 610 ist mit der Ausgabeverdrahtung 400 verbunden. Ferner ist eine Filterkapazität 620 zwischen der Ausgabeverdrahtung 400 und der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden, indem dieser parallel zu einer Reihenschaltung der Batterie 600 und der Reaktanz 610 verläuft.
  • Die Inverterschaltung 700 ist zwischen der Verdrahtung hohen Potentials 300 und der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden. Weiterhin ist eine Hauptkapazität 710 zwischen der Verdrahtung hohen Potentials 300 und der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden, indem diese parallel zu der Inverterschaltung 700 verläuft.
  • Die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 weist eine Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und eine Diode des oberen Arms 120 auf. Die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 ist ein IGBT. Ein Kollektor der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 ist mit der Verdrahtung hohen Potentials 300 verbunden, und ein Emitter der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 ist mit der Ausgabeverdrahtung 400 verbunden. Die Diode des oberen Arms 120 ist zwischen der Verdrahtung hohen Potentials 300 und der Ausgabeverdrahtung 400 verbunden, so dass die Verdrahtung hohen Potentials 300 mit der Kathode verbunden ist.
  • Die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 weist eine Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und eine Diode des unteren Arms 220 auf. Die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 ist ein IGBT. Ein Kollektor der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 ist mit der Ausgabeverdrahtung 400 verbunden, und ein Emitter der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 ist mit der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden. Die Diode des unteren Arms 220 ist zwischen der Ausgabeverdrahtung 400 und der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden, so dass die Ausgabeverdrahtung 400 mit deren Kathodenseite verbunden ist.
  • Die Schaltung von 1 schaltet die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 abwechselnd ein und aus. In einem Zustand, in dem eine Spannung der Verdrahtung hohen Potentials 300 niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, fließt ein Strom in eine erste Rückstromschaltung 15, wie durch einen Pfeil 15 in 1 gezeigt ist, wenn sich die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 in einem Aus-Zustand befindet und sich die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 in einem Ein-Zustand befindet. Aufgrund dessen wird Energie in der Reaktanz 610 geladen. Als Nächstes, wenn die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 einschaltet und die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 ausschaltet, fließt ein Strom in eine Spannungszufuhrschaltung 16, wie durch einen Pfeil 16 in 1 gezeigt ist. In diesem Zustand wird eine elektromotorische Kraft in der Reaktanz 610 in einer Richtung, entlang der ein Potential der Ausgabeverdrahtung 400 erhöht wird, erzeugt. Daher wird eine hohe Spannung, in der die Ausgangsspannung der Batterie 600 und die elektromotorische Kraft der Reaktanz 610 überlagert sind, an die Verdrahtung hohen Potentials 300 ausgegeben. Aufgrund dessen wird die Spannung der Verdrahtung hohen Potentials 300 heraufgesetzt („boosted“).
  • Ferner fließt in einem Zustand, in dem die Spannung der Verdrahtung hohen Potentials 300 höher ist als der vorbestimmte Wert, ein Strom in eine zweite Rückstromschaltung 17, wie durch einen Pfeil 17 in 2 gezeigt ist, wenn sich die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 in dem Aus-Zustand befindet und sich die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 in dem Ein-Zustand befindet. Aufgrund dessen wird Energie in der Reaktanz 610 geladen. Als Nächstes, wenn die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 einschaltet und die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 ausschaltet, fließt ein Strom in eine Ladeschaltung 18, wie durch einen Pfeil 18 in 2 gezeigt ist. In diesem Zustand wird die elektromotorische Kraft in der Reaktanz 610 in der Richtung, entlang der das Potential der Ausgabeverdrahtung 400 erhöht wird, erzeugt. Daher wird eine Spannung, wobei die Spannung der Ausgabeverdrahtung 400 durch die elektromotorische Kraft der Reaktanz 610 reduziert wird, an den positiven Anschluss der Batterie 600 angelegt. Aufgrund dessen wird die Batterie (bzw. der Akkumulator) 600 geladen.
  • Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt ist, ist die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 innerhalb eines Stücks eines Halbleitersubstrats 10 bereitgestellt. D.h., dass die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 ein RC-IGBT (Abkürzung von rückwärts leitenden IGBT ("Reverse Conducting-IGBT")) ist, die die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 innerhalb eines Stücks eines Halbleitersubstrats 10 aufweist. Wie in 3 gezeigt ist, im Fall des Betrachtens des Halbleitersubstrats 10 in einer Draufsicht, ist die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 in einer Umgebung eines Zentrums des Halbleitersubstrats 10 bereitgestellt, und die Diode des oberen Arms 120 ist um die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 bereitgestellt. Insbesondere ist in 3 die Darstellung einer Zwischenschichtisolierschicht und einer Frontflächenelektrode, die an einer Frontfläche des Haltleitersubstrats 10 bereitgestellt ist, weggelassen worden.
  • Mit Bezugnahme auf 4 wird eine Querschnittsstruktur der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 beschrieben. Wie vorstehend ist die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 ein RC-IGBT, der die Schaltvorrichtung des oberen Arms (IGBT) 110 und die Diode des oberen Arms 120 innerhalb des Halbleitersubstrats 10 aufweist.
  • Eine n-Typ-Emitterregion 20, eine p-Typ-Körperregion 30, eine n-Typ-Driftregion 40, eine n-Typ-Pufferregion 70, und eine p-Typ-Kollektorregion 80 sind in der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 bereitgestellt. Eine obere Fläche der Emitterregion 20 bewirkt einen ohmschen Kontakt mit einer Frontflächenelektrode 60. Eine untere Fläche der Kollektorregion 80 bewirkt einen ohmschen Kontakt mit einer Rückflächenelektrode 90. Weiterhin ist die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 mit einer Vielzahl von Gate-Gräben 32 ausgestattet. Eine Graben-Gate-Elektrode 36, die durch einen Gate-Isolierfilm 34 bedeckt wird, ist innerhalb jeder der Gate-Gräben 32 bereitgestellt. Obere Flächen der Graben-Gate-Elektroden 36 sind durch Isolierschichten 38 abgedeckt, und sind von der Frontflächenelektrode 60 isoliert. Die Graben-Gate-Elektroden 36 sind elektrisch an nicht gezeigten Positionen mit einer externen Komponente verbunden.
  • Eine p-Typ-Anodenregion 50, eine n-Typ-Driftregion 40, eine n-Typ-Pufferregion 70 und ein n-Typ-Kathodenregion 85 sind in der Diode des oberen Arms 120 bereitgestellt. Eine obere Fläche der Anodenregion 50 bewirkt einen ohmschen Kontakt mit der Frontflächenelektrode 60. Eine untere Fläche der Kathodenregion 85 bewirkt einen ohmschen Kontakt mit der Rückflächenelektrode 90. Die Driftregion 40 und die Pufferregion 70 in der Diode des oberen Arms 120 verlaufen kontinuierlich mit der Driftregion 40 und der Pufferregion 70 der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110. Ferner ist die Diode des oberen Arms 120 mit einer Vielzahl von Gate-Gräben 32 ausgestattet, gleich der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110.
  • In dem Halbleitersubstrat 10 ist eine Kristalldefektregion 44, die durch Implantieren von Heliumionen erzeugt wird, vorhanden. In der Kristalldefektregion 44 ist eine Kristalldefektdichte höher als in deren umgebender Driftregion 40. Die Kristalldefektregion 44 ist kontinuierlich über die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 angeordnet.
  • Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Frontflächenelektrode 60 der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 mit der Ausgabeverdrahtung 400 verbunden, und die Rückflächenelektrode 90 ist mit der Verdrahtung hohen Potentials 300 verbunden (siehe 1).
  • Weiterhin weist die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 eine gleiche Draufsichtstruktur wie die in 3 gezeigte Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 auf. D.h., dass die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 ebenso ein RC-IGBT ist, der die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und die Diode des unteren Arms 220 innerhalb eines Stücks eines Halbleitersubstrats 10 aufweist. Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 in dem Halbleitersubstrat 10 bereitgestellt, das eine gleiche Substratfläche wie die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 aufweist. Gleich dem Fall der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100, ist die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 in einer Umgebung eines Zentrums des Halbleitersubstrats 10 bereitgestellt, und die Diode des unteren Arms 220 ist um die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 bereitgestellt.
  • Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel sind eine Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und eine Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 gleich. Gleichermaßen sind eine Vorrichtungsfläche der Diode des oberen Arms 120 und eine Vorrichtungsfläche der Diode des unteren Arms 220 gleich. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „Vorrichtungsfläche“ eine Fläche einer Region, wo die Schaltvorrichtung und die Diode bereitgestellt sind, wenn das Halbleitersubstrat 10 in dessen Draufsicht betrachtet wird. Der Ausdruck „Vorrichtungsfläche“ kann ebenso als eine Fläche einer Region bezeichnet werden, wo ein Strom fließt. Daher ist im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ein Verhältnis der Vorrichtungsfläche der Diode des oberen Arms 120 zu der Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 gleich einem Verhältnis der Vorrichtungsfläche der Diode des unteren Arms 220 zu der Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Weiterhin ist eine Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und der Diode des oberen Arms 120 gleich einer Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und der Diode des unteren Arms 220.
  • Weiterhin ist eine Querschnittsstruktur der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 annähernd die gleiche wie die Querschnittsstruktur der in 4 gezeigten Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100. In 4 sind Elemente der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200, die gemein mit der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Jedoch unterscheidet sich diese von der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 dadurch, dass die Frontflächenelektrode 60 der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 mit der Verdrahtung niedrigen Potentials 500 verbunden ist, und die Rückflächenelektrode 90 mit der Ausgabeverdrahtung 400 verbunden ist (siehe 1).
  • Im ersten Ausführungsbeispiel ist eine p-Typ-Verunreinigungsdichte der Kollektorregion 80 der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 höher als eine p-Typ-Verunreinigungsdichte der Kollektorregion 80 der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Insbesondere ist im ersten Ausführungsbeispiel ein Kristalldefektausmaß in der Kristalldefektregion 44 in der Diode des oberen Arms 120 im Wesentlichen gleich einem Kristalldefektausmaß in der Kristalldefektregion 44 in der Diode des unteren Arms 220. Hierbei kann der Ausdruck „Verunreinigungsdichte“ eine durchschnittliche Verunreinigungsdichte in der relevanten Region sein. Daher gilt, dass wenn beispielsweise die Kollektorregion 80 der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 zu bilden ist, eine größere Menge von p-Typ-Verunreinigungen (beispielsweise Phosphor) darin implantiert werden kann als beim Bilden der Kollektorregion 80 der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Aufgrund dessen weist die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 eine Struktur auf, die resistenter bezüglich eines stetigen Verlustes ist als im Vergleich zu einer Schaltvorrichtung des unteren Arms 210, jedoch anfälliger bezüglich eines Schaltverlustes ist. D.h., dass wenn die Schaltvorrichtungen 110, 210 unter der gleichen Bedingung betrieben werden, die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 einen kleineren stetigen Verlust aufweisen würde, verglichen mit der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210, würde jedoch einen größeren Schaltverlust aufweisen.
  • In der in 1 und 2 gezeigten Schaltung arbeiten die jeweiligen Vorrichtungen unter einer Bedingung, durch die der stetige Verlust stärker und der Schaltverlust weniger in dem oberen Arm als in dem unteren Arm auftritt. D.h., unter der Annahme, dass die Schaltvorrichtungen 110, 210 identische Eigenschaften aufweisen, wird der stetige Verlust größer in der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 als in der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210, und der Schaltverlust von diesem wird kleiner. Jedoch weist in der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels, wie vorstehend beschrieben, die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 die Struktur auf, die bezüglich des stetigen Verlustes resistenter ist als die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Daher kann der stetige Verlust in der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 reduziert werden. Weiterhin, obwohl die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 die Struktur aufweist, die bezüglich des Schaltverlustes anfälliger ist, wird nicht so viel Schaltverlust unter der Arbeitsbedingung der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 erzeugt. Aufgrund dessen ist eine Gesamtmenge des in der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 erzeugten Verlustes klein.
  • Ferner weist die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210, die unter einer Bedingung arbeitet, die bezüglich des Schaltverlustes anfällig ist, die Struktur auf, die bezüglich des Schaltverlustes resistent ist, so dass der Schaltverlust reduziert werden kann. Weiterhin, obwohl die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 die Struktur aufweist, die bezüglich des stetigen Verlustes anfälliger ist, wird nicht so viel stetiger Verlust unter der Arbeitsbedingung der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 erzeugt. Aufgrund dessen ist eine Gesamtmenge des in der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 erzeugten Verlustes klein.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels eine Gesamtmenge des in dem Halbleitermodul 2 erzeugten Verlustes reduziert werden.
  • Weiterhin sind im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 innerhalb eines Stücks eines Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Gleichermaßen sind die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und die Diode des unteren Arms 220 innerhalb eines Stücks eines Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Aufgrund dessen müssen im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 nicht auf separaten Substraten angeordnet sein. Gleichermaßen müssen die Schaltvorrichtung des unteren Arms und die Diode des unteren Arms nicht auf separaten Substraten angeordnet sein.
  • Weiterhin ist im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die gesamte Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und der Diode des oberen Arms 120 gleich der gesamten Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und der Diode des unteren Arms 220. Ferner ist im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel eine Substratfläche des Halbleitersubstrats 10, auf dem die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 angeordnet ist, gleich einer Substratfläche des Halbleitersubstrats 10, auf dem die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 angeordnet ist. Aufgrund dessen kann das Halbleitermodul 2 unter Verwendung der Vorrichtungen der gleichen Größe hergestellt werden, so dass Anordnungsstrukturen der Vorrichtungen und Verdrahtungen in dem Modul nicht kompliziert werden.
  • Die Verdrahtung hohen Potentials 300 ist ein Beispiel einer „ersten Verdrahtung“. Die Ausgabeverdrahtung 400 ist ein Beispiel einer „zweiten Verdrahtung“. Die Verdrahtung niedrigen Potentials 500 ist ein Beispiel einer „dritten Verdrahtung“. Die Driftregion 40, die Pufferregion 70 und die Kathodenregion 85 der Diode des oberen Arms 120 (oder der Diode des unteren Arms 220) sind Beispiele einer „Kathodenregion“. Das Halbleitersubstrat 10, auf dem die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 angeordnet ist, ist ein Beispiel eines „ersten Halbleitersubstrats“. Das Halbleitersubstrat 10, auf dem die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 angeordnet ist, ist ein Beispiel eines „zweiten Halbleitersubstrats“.
  • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die p-Typ-Verunreinigungsdichte der Kollektorregion 80 im Wesentlichen die gleiche in der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Jedoch ist im zweiten Ausführungsbeispiel die Kristalldefektmenge in der Kristalldefektregion 44 der Diode des oberen Arms 120 kleiner als die Kristalldefektmenge in der Kristalldefektregion 44 der Diode des unteren Arms 220. Wenn beispielsweise die Kristalldefektregion 44 der Diode des oberen Arms 120 gebildet wird, wird eine größere Menge von Heliumionen darin implantiert, als wenn die Kristalldefektregion 44 der Diode des unteren Arms 220 gebildet wird. Weitere Konfigurationen des zweiten Ausführungsbeispiels sind gleich jenen des ersten Ausführungsbeispiels.
  • Die Kristalldefektregion 44 reduziert den Schaltverlust in der Diode (ein Verlust, der erzeugt wird, wenn die Diode eine Umkehrerholung ("Reverse Recovery") durchführt), und erhöht andererseits den stetigen Verlust der Diode. Daher weist die Diode des oberen Arms 120, die die kleinere Kristalldefektmenge aufweist, die Struktur auf, die bezüglich des stetigen Verlusts resistenter ist, jedoch bezüglich des Schaltverlusts anfälliger ist als die Diode des unteren Arms 220, die die kleine Kristalldefektmenge aufweist.
  • In der in den 1 und 2 gezeigten Schaltung arbeiten die jeweiligen Vorrichtungen unter der Bedingung, durch die der stetige Verlust stärker und der Schaltverlust weniger in dem oberen Arm als in dem unteren Arm auftritt. D.h., unter der Annahme, dass die Dioden 120, 220 identische Eigenschaften aufweisen, wird der stetige Verlust in der Diode des oberen Arms 120 größer als in der Diode des unteren Arms 220, und der Schaltverlust davon wird kleiner. Jedoch weist die Diode des oberen Arms 120 in der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels, wie vorstehend beschrieben, die Struktur auf, die bezüglich des stetigen Verlusts resistenter ist als die Diode des unteren Arms 220. Daher kann der stetige Verlust in der Diode des oberen Arms 120 reduziert werden. Weiterhin, obwohl die Diode des oberen Arms 120 die Struktur aufweist, die bezüglich des Schaltverlustes anfälliger ist, wird nicht so viel Schaltverlust unter der Betriebs- bzw. Arbeitsbedingung der Diode des oberen Arms 120 erzeugt. Aufgrund dessen ist eine Gesamtmenge des in der Diode des oberen Arms 120 erzeugten Verlustes klein.
  • Ferner weist die Diode des unteren Arms 220, die unter einer Bedingung arbeitet, die bezüglich des Schaltverlustes anfällig ist, die Struktur auf, die bezüglich des Schaltverlustes resistent ist, so dass der Schaltverlust reduziert werden kann. Ferner, obwohl die Diode des unteren Arms 220 die Struktur aufweist, die bezüglich des stetigen Verlustes anfälliger ist, wird unter der Arbeitsbedingung der Diode des unteren Arms 220 nicht so viel stetiger Verlust erzeugt. Aufgrund dessen ist eine Gesamtmenge des in der Diode des unteren Arms 220 erzeugten Verlustes klein.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der Konfiguration des zweiten Ausführungsbeispiels die Gesamtmenge des in dem Halbleitermodul 2 erzeugten Verlustes reduziert werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist im ersten Ausführungsbeispiel ein Verhältnis des stetigen Verlustes zum Schaltverlust in der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 kleiner als ein Verhältnis des stetigen Verlustes zum Schaltverlust in der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Verhältnis des stetigen Verlustes zum Schaltverlust in der Diode des oberen Arms 120 kleiner als ein Verhältnis des stetigen Verlustes zum Schaltverlust in der Diode des unteren Arms 220. Durch Einstellen der Verhältnisse des stetigen Verlustes zum Schaltverlust der jeweiligen Vorrichtungen, wie in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, kann die Gesamtmenge des in dem Halbleitermodul erzeugten Verlustes als ein Ganzes reduziert werden.
  • Insbesondere kann eine Differenz bezüglich den Verhältnissen des stetigen Verlustes zum Schaltverlust zwischen dem oberen Arm und dem unteren Arm durch ein sich von jenen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidenden Verfahren bereitgestellt sein. Weiterhin können beide Strukturen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels in einem Halbleitermodul 2 angewendet werden.
  • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • In einem dritten Ausführungsbeispiel ist die p-Typ-Verunreinigungsdichte der Kollektorregion 80 der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 im Wesentlichen die gleiche wie die p-Typ-Verunreinigungsdichte der Kollektorregion 80 der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Weiterhin ist die Kristalldefektmenge in der Kristalldefektregion 44 der Diode des oberen Arms 120 im Wesentlichen die gleiche wie die Kristalldefektmenge in der Kristalldefektregion 44 der Diode des unteren Arms 220. Jedoch ist im dritten Ausführungsbeispiel, wie in 5 gezeigt ist, ein Verhältnis der Vorrichtungsfläche der Diode des oberen Arms 120 zu der Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 größer als ein Verhältnis der Vorrichtungsfläche der Diode des unteren Arms 220 zu der Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. Wie in 5 gezeigt ist, ist in der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 die Diode des oberen Arms 120 um die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 bereitgestellt. In der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 ist die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 um die Diode des unteren Arms 220 bereitgestellt. Weitere Konfigurationen des dritten Ausführungsbeispiels sind gleich jenen des ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere ist auch im dritten Ausführungsbeispiel die Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und der Diode des oberen Arms 120 gleich der Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und der Diode des unteren Arms 220.
  • Wie in 5 gezeigt ist, sind auch im dritten Ausführungsbeispiel die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 und die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 jeweils in den Halbleitersubstraten 10 mit der gleichen Substratfläche bereitgestellt. Aufgrund dessen ist im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Vorrichtungsfläche der Diode des oberen Arms 120 größer als die Vorrichtungsfläche der Diode des unteren Arms 220. D.h., dass ein größerer Strom durch die Diode des oberen Arms 120 fließen kann als im Vergleich zu der Diode des unteren Arms 220 (d.h., eine Stromkapazität davon ist groß). Weiterhin ist die Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 kleiner als die Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210. D.h., dass ein größerer Strom durch die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 fließen kann als im Vergleich zu der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 (d.h., eine Stromkapazität davon ist groß).
  • In der in den 1 und 2 gezeigten Schaltung fließt ein größerer Strom in die Diode des oberen Arms 120 als in die Diode des unteren Arms 220. Weiterhin fließt ein größerer Strom in die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 als in die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110. Wie vorstehend, gemäß der Struktur des dritten Ausführungsbeispiels, ist die Stromkapazität der Diode des oberen Arms 120 groß, und die Stromkapazität der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 ist groß. Daher können gemäß der Konfiguration des dritten Ausführungsbeispiels jede der Vorrichtungen angemessen betrieben werden. D.h., dass gemäß dieser Konfiguration die Stromkapazitäten der jeweiligen Vorrichtungen im Halbleitermodul 2 optimiert werden können, ohne eine Größe des Halbleitermoduls 2 zu erhöhen. Insbesondere kann in einem einzelnen Halbleitermodul 2 die Struktur des dritten Ausführungsbeispiels zusammen mit jenen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels angewendet werden.
  • Weiterhin, wie in 5 gezeigt ist, ist im dritten Ausführungsbeispiel in der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 die Diode des oberen Arms 120 um die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 bereitgestellt. In der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 ist die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 um die Diode des unteren Arms 220 bereitgestellt. In der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 erfährt die Diode des oberen Arms 120, wo der große Strom fließt, eine höchste Temperatur. In der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 erfährt die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210, wo der große Strom fließt, eine höchste Temperatur. Durch Versetzen der Diode des oberen Arms 120 und der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210, die die Abschnitte mit den höchsten Temperaturen sind, von den Mitten bzw. Zentren des Halbleitersubstrats 10, können die Halbleitervorrichtungen des oberen Arms 100 und die Halbleitervorrichtungen des unteren Arms 200 effizient gekühlt werden. Aufgrund dessen können Chipgrößen der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 und der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 kompakt sein.
  • Weiterhin, als eine Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels, wie in 6 gezeigt ist, können Temperatursensoren 130, 230 in der Diode des oberen Arms 120 und der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210, wo die großen Ströme fließen, bereitgestellt sein. Durch Bereitstellen der Temperatursensoren 130, 230 bei den Abschnitten, wo die großen Ströme fließen, und die die höchsten Temperaturen innerhalb der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 und der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 erfahren, können Chiptemperaturen der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 und der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 angemessen gemessen werden.
  • 7 zeigt ein Referenzbeispiel des dritten Ausführungsbeispiels. Wie in 7 gezeigt ist, ist in diesem Referenzbeispiel die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 um die Diode des oberen Arms 120 bereitgestellt, wo der große Strom in die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 fließt. In diesem Referenzbeispiel ist der Temperatursensor 130 an einem Mitten- bzw. Zentrumsabschnitt der Diode des oberen Arms 120 bereitgestellt (d.h., einem Zentrumsabschnitt des Halbleitersubstrats 10). Gleichermaßen ist die Diode des unteren Arms 220 um die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 bereitgestellt, wo der große Strom in die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 fließt. Der Temperatursensor 230 ist an einem Mitten- bzw. Zentrumsabschnitt der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 bereitgestellt (d.h., einem Zentrumsabschnitt des Halbleitersubstrats 10). Durch bewusstes Bereitstellen der Vorrichtungen, wo der große Strom fließt (Diode des oberen Arms 120, Schaltvorrichtung des unteren Arms 210), an den Zentrumsabschnitten des Halbleitersubstrats 10, die am wahrscheinlichsten hohe Temperaturen aufweisen, kann eine Temperaturüberwachung durch die Temperatursensoren 130, 230 einfach ausgeführt werden.
  • Vorstehend wurden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben, jedoch sind diese lediglich beispielhafte Angaben, und schränken daher nicht den Umfang der Patentansprüche ein. Der in den Patentansprüchen beschriebene Gegenstand umfasst Modifikationen und Variationen der vorstehend präsentierten spezifischen Beispiele. Beispielsweise können die folgenden Modifikationen angewendet werden.
  • (Modifikation 1) In den jeweiligen vorstehenden Ausführungsbeispielen, wie in den 3 und 5 gezeigt ist, ist die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 in der Umgebung des Zentrums bzw. der Mitte des Halbleitersubstrats 10 bereitgestellt, und die Diode des oberen Arms 120 ist um die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 bereitgestellt, wenn das Halbleitersubstrat 10 in dessen Draufsicht betrachtet wird. Die Anordnung der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und der Diode des oberen Arms 120 ist nicht auf das Vorstehende beschränkt. Beispielsweise, wie in den 8, 9 und 10 gezeigt ist, können die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 bereitgestellt sein, indem diese in mehrere Abschnitte separiert sind. Weiterhin können die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 angeordnet sein, um partitioniert und benachbart innerhalb des Halbleitersubstrats 10 angeordnet zu sein. Das Gleiche trifft bezüglich der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und der Diode des unteren Arms 220 zu. Allgemein gesprochen, muss die Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms und der Diode des oberen Arms lediglich gleich der Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms und der Diode des unteren Arms sein.
  • (Modifikation 2) In den jeweiligen vorstehenden Ausführungsbeispielen ist die Substratfläche des Halbleitersubstrats 10, auf dem die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 angeordnet ist, gleich der Substratfläche des Halbleitersubstrats 10, auf dem die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 angeordnet ist. Nicht darauf beschränkt, kann die Substratfläche des Halbleitersubstrats 10 der Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 unterschiedlich von der Substratfläche des Halbleitersubstrats 10 der Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 sein.
  • (Modifikation 3) In den jeweiligen vorstehenden Ausführungsbeispielen weist die Halbleitervorrichtung des oberen Arms 100 die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 auf dem einen Stück eines Halbleitersubstrats 10 auf. Gleichermaßen weist die Halbleitervorrichtung des unteren Arms 200 die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und die Diode des unteren Arms 220 auf dem einen Stück eines Halbleitersubstrats 10 auf. Nicht darauf beschränkt, können die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Diode des oberen Arms 120 auf separaten Substraten bereitgestellt sein. Die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und die Diode des unteren Arms 220 können ebenso auf separaten Substraten bereitgestellt sein.
  • (Modifikation 4) In den jeweiligen vorstehenden Ausführungsbeispielen ist die Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und der Diode des oberen Arms 120 gleich der Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und der Diode des unteren Arms 220. Nicht darauf beschränkt, kann die Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und der Diode des oberen Arms 120 unterschiedlich von der Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 und der Diode des unteren Arms 220 sein.
  • (Modifikation 5) In den jeweiligen vorstehenden Ausführungsbeispielen sind die Schaltvorrichtung des oberen Arms 110 und die Schaltvorrichtung des unteren Arms 210 IGBTs. Jedoch sind die Schaltvorrichtungen nicht darauf beschränkt, dass diese IGBTs sind, sondern können beispielsweise beliebige Schaltvorrichtungen sein, wie etwa MOSFETs (Abkürzung von Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), oder dergleichen.
  • In der Beschreibung und den Zeichnungen beschriebene technische Merkmale können technisch selbständig oder in verschiedenen Kombinationen verwendbar sein, und sind nicht auf die ursprünglich beanspruchten Kombinationen eingeschränkt. Ferner kann der in der Beschreibung und den Zeichnungen beschriebene Gegenstand gleichzeitig eine Vielzahl von Zielen erlangen, und die technische Signifikanz davon liegt in dem Erlangen von einem beliebigen solcher Ziele.

Claims (8)

  1. Halbleitermodul, mit: einer ersten Verdrahtung; einer zweiten Verdrahtung; einer dritten Verdrahtung; einer Schaltvorrichtung des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist; einer Schaltvorrichtung des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist; einer Diode des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist, so dass die erste Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist; und einer Diode des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist, so dass die zweite Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist, wobei zumindest eine der Folgenden (a) und (b) erfüllt ist: (a) ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des oberen Arms ist kleiner als ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Diode des unteren Arms; (b) ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des oberen Arms ist kleiner als ein Verhältnis eines stetigen Verlustes zu einem Schaltverlust der Schaltvorrichtung des unteren Arms.
  2. Halbleitermodul gemäß Anspruch 1, wobei Kristalldefekte der Diode des oberen Arms weniger sind als Kristalldefekte der Diode des unteren Arms.
  3. Halbleitermodul gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Schaltvorrichtung des unteren Arms IGBTs sind, und eine p-Typ-Verunreinigungsdichte einer Kollektorregion der Schaltvorrichtung des oberen Arms höher ist als eine p-Typ-Verunreinigungsdichte einer Kollektorregion der Schaltvorrichtung des unteren Arms.
  4. Halbleitermodul mit: einer ersten Verdrahtung; einer zweiten Verdrahtung; einer dritten Verdrahtung; einer Schaltvorrichtung des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist; einer Schaltvorrichtung des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist; einer Diode des oberen Arms, die zwischen der ersten Verdrahtung und der zweiten Verdrahtung verbunden ist, so dass die erste Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist; und einer Diode des unteren Arms, die zwischen der zweiten Verdrahtung und der dritten Verdrahtung verbunden ist, so dass die zweite Verdrahtung mit einer Kathodenseite verbunden ist, wobei ein Verhältnis einer Vorrichtungsfläche der Diode des oberen Arms zu einer Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms größer ist als ein Verhältnis einer Vorrichtungsfläche der Diode des unteren Arms zu einer Vorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms.
  5. Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des oberen Arms und der Diode des oberen Arms gleich einer Gesamtvorrichtungsfläche der Schaltvorrichtung des unteren Arms und der Diode des unteren Arms ist.
  6. Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schaltvorrichtung des oberen Arms und die Diode des oberen Arms in einem ersten Halbleitersubstrat bereitgestellt sind, und die Schaltvorrichtung des unteren Arms und die Diode des unteren Arms in einem zweiten Halbleitersubstrat bereitgestellt sind.
  7. Halbleitermodul gemäß Anspruch 6, wobei eine Substratfläche des ersten Halbleitersubstrats gleich einer Substratfläche des zweiten Halbleitersubstrats ist.
  8. Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schaltvorrichtung des oberen Arms, die Diode des oberen Arms, die Schaltvorrichtung des unteren Arms und die Diode des unteren Arms integral mit Harz eingegossen sind.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9793386B2 (en) * 2015-10-14 2017-10-17 Ford Global Technologies, Llc Multiple zone power semiconductor device
JP6540563B2 (ja) * 2016-03-15 2019-07-10 三菱電機株式会社 半導体装置
CN111279476B (zh) * 2017-10-27 2023-10-17 日产自动车株式会社 半导体装置
JP7268330B2 (ja) * 2018-11-05 2023-05-08 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2590284B2 (ja) 1990-02-28 1997-03-12 株式会社日立製作所 半導体装置及びその製造方法
JP2692765B2 (ja) 1989-12-22 1997-12-17 株式会社日立製作所 ダイオード及びｉｇｂｔとの並列回路とそのモジュール及びそれを用いた電力変換装置
JP2800780B2 (ja) 1996-05-31 1998-09-21 株式会社日立製作所 ダイオード及びｉｇｂｔとの並列回路とそのモジュール及びそれを用いた電力変換装置
JPH10108474A (ja) * 1996-09-27 1998-04-24 Denso Corp マルチレベルスイッチング式電力変換器
JP4192396B2 (ja) 2000-04-19 2008-12-10 株式会社デンソー 半導体スイッチングモジュ−ル及びそれを用いた半導体装置
EP2234154B1 (de) 2000-04-19 2016-03-30 Denso Corporation Kühlmittelgekühlte Halbleiteranordnung
JP2002165439A (ja) * 2000-09-14 2002-06-07 Toyota Industries Corp スイッチ回路
EP1906449A4 (de) * 2005-07-08 2009-05-06 Panasonic Corp Halbleitereinrichtung und elektrische einrichtung
JP2007240904A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Hitachi Ltd プラズマディスプレイ装置
JP2008061404A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Daikin Ind Ltd 電力変換装置
JP5043445B2 (ja) * 2007-01-16 2012-10-10 三菱電機株式会社 半導体デバイスの製造方法
JP5086043B2 (ja) * 2007-11-30 2012-11-28 日立アプライアンス株式会社 電力変換装置および電力変換装置の制御方法
JP4988784B2 (ja) 2009-03-30 2012-08-01 株式会社日立製作所 パワー半導体装置
JP5333342B2 (ja) * 2009-06-29 2013-11-06 株式会社デンソー 半導体装置
JP4955128B2 (ja) * 2009-08-19 2012-06-20 パナソニック株式会社 半導体素子、半導体装置および電力変換器
JP5494095B2 (ja) * 2010-03-25 2014-05-14 パナソニック株式会社 インバータ装置およびそれをファンモータの駆動装置に用いた電気掃除機
JP5512377B2 (ja) 2010-04-28 2014-06-04 本田技研工業株式会社 回路基板
JP5341824B2 (ja) 2010-06-14 2013-11-13 日立オートモティブシステムズ株式会社 半導体装置
JP5634318B2 (ja) * 2011-04-19 2014-12-03 三菱電機株式会社 半導体装置
CN103534811B (zh) * 2011-05-18 2016-09-21 富士电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法
JP5456723B2 (ja) * 2011-06-20 2014-04-02 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及び該システム搭載車両
JP2013038911A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Toyota Motor Corp コンバータ
JP2013051272A (ja) 2011-08-30 2013-03-14 Toyota Motor Corp 半導体装置
JP5626274B2 (ja) * 2012-06-29 2014-11-19 株式会社デンソー 半導体装置
JP5546664B2 (ja) 2013-03-15 2014-07-09 三菱電機株式会社 パワー半導体モジュール、電力変換装置および鉄道車両
JP6107937B2 (ja) * 2013-04-05 2017-04-05 富士電機株式会社 半導体装置の駆動方法

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