DE112017004776B4 - Leistungshalbleitermodul und leistungshalbleiteranordnung - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitermodul (100, 200, 500), das Folgendes aufweist:- eine erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B), die zum parallelen Arbeiten geschaltet sind;- ein Isoliersubstrat (20), das ein Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) aufweist,- ein Gehäuse (2, 502), in dem das Isoliersubstrat (20) und die erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B) angeordnet sind;- ein einen ersten Filter bildendes Element (64), das außerhalb des Gehäuses (2, 502) angeordnet ist; und- einen ersten externen Anschluss (23) und einen zweiten externen Anschluss (5, 25), die am Gehäuse (2, 502) gebildet sind und die mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) verbunden sind, das durch entsprechende Anschlüsse der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B) verbunden ist, und- wobei der erste und der zweite externe Anschluss (23, 5, 25) über das erste einen Filter bildende Element (64) miteinander verbunden sind, um das erste einen Filter bildendes Element (64) elektrisch mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) zu verbinden,- wobei jedes der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B) ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement ist, und- wobei jeder der jeweiligen Anschlüsse ein Gate ist,- wobei der erste externe Anschluss (23) und der zweite externe Anschluss (5, 25) elektrisch mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) derart verbunden sind, dass ein Bereich (L3), der den ersten externen Anschluss (23) und den zweiten externen Anschluss (5, 25) in dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) elektrisch verbindet, mindestens einen Teil eines Bereichs (L1) überlappt, der die jeweiligen Anschlüsse in dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) elektrisch verbindet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul und eine Leistungshalbleitervorrichtung, insbesondere ein Leistungshalbleitermodul mit einer Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterelementen und eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Vielzahl von parallel arbeitenden Leistungshalbleitermodulen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Im Allgemeinen wird bei einem isolierten Leistungshalbleitermodul, das in einer Leistungswandlervorrichtung wie einem Wechselrichter oder einem Umrichter verwendet wird, ein Verdrahtungsmuster auf einer Isolierschicht gebildet, die auf einer Metallplatte vorgesehen ist, die als Wärmestrahlungsplatte dient, und Leistungshalbleiter-Elemente wie Transistoren und Dioden sind in dem Verdrahtungsmuster vorgesehen. Weiterhin werden die Leistungshalbleiter-Elemente mit einem externen Anschluss oder dergleichen durch Drahtbonden verbunden und z.B. mit Harz versiegelt.
  • Um ein Leistungshalbleitermodul zu erhalten, das bei großen Strömen Schaltvorgänge durchführt, ist das Modul mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen versehen, die parallel arbeiten. Aber auch dann, wenn die Vielzahl der parallel arbeitenden Halbleiterelemente gleichwertige Eigenschaften aufweist, können die Schalteigenschaften aufgrund der unterschiedlichen Verdrahtung im Modul unterschiedlich werden, wenn die Vielzahl der Halbleiterelemente parallel arbeiten soll. Mit zunehmender Anzahl parallel arbeitender Halbleiterelemente nimmt der Einfluss jedes Elements zu und die Verdrahtung wird kompliziert, was die parasitäre Induktivität zwischen der Vielzahl parallel arbeitender Halbleiterelemente erhöht.
  • Durch die Variation des Betriebs der Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterelementen und die Erhöhung der parasitären Induktivität zwischen den Elementen kann es zu einer Oszillation kommen. Die Oszillation wird als „Gate-Oszillation“ bezeichnet, die durch die parasitäre Kapazität der Halbleiterelemente und die parasitäre Induktivität zwischen den Elementen verursacht wird. Die Gate-Oszillation kann dazu führen, dass sich die Halbleiterelemente verschlechtern oder zerstört werden, und kann auch dazu führen, dass Rauschen entsteht und nach außen abgestrahlt wird oder dass sie z.B. Leitfähigkeitsstörungen in der externen Schaltung verursachen.
  • Es ist bekannt, dass Gate-Oszillationen unterdrückt werden können, indem ein Widerstand in Reihe mit einer Gate-Verdrahtung eines Halbleiterelements, wie in Patentdokument 1 beschrieben (siehe Patentdokument 1), verbunden wird. Patentdokument 2 offenbart, dass die Gate-Oszillation unterdrückt werden kann, indem ein Widerstand parallel zu einer Emitter-Verdrahtung der Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen geschaltet wird (siehe Patentdokument 2).
  • Weiterhin offenbart Patentdokument 3 als Maßnahme zur Verringerung der Schwankungen der Schalteigenschaften, die die Gate-Oszillation verursachen, eine Technik zur Einstellung der Induktivität und des Widerstands der Emitter-Verdrahtung einer Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen, um das Stromungleichgewicht zwischen den Elementen zu unterdrücken (siehe Patentdokument 3). Weiterhin offenbaren die Patentdokumente 4 bis 6 eine Technik zur Reduzierung des Stromungleichgewichts, des Rauschens oder der Oszillation zwischen den Elementen durch Kopplung einer Gate-Verdrahtung und einer Emitter-Verdrahtung an einen Magneten derart, dass die Gate-Verdrahtung und die Emitter-Verdrahtung durch einen Ferritkern des Magneten geführt werden (siehe Patentdokumente 4 bis 6).
  • Das Patentdokument 7 offenbart ein Leistungshalbleitermodul, das 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.
  • Das Patentdokument 8 offenbart ein Leistungshalbleitermodul, das bei einer mehrstufigen Konverterschaltung mit drei oder mehr Spannungswellenformstufen angewendet wird, wobei ein erster IGBT, eine Diode, deren Kathode mit einem Emitter des ersten IGBT verbunden ist, und ein zweiter IGBT mit Rückwärtssperrspannung, dessen Emitter mit dem Emitter des ersten IGBT verbunden ist, in einem Gehäuse untergebracht sind, und jeder Kollektor des ersten IGBT, Kollektor des zweiten IGBT, Verbindungspunkt des Emitters des ersten IGBT und Emitter des zweiten IGBT und Anode der Diode ein externer Anschluss ist.
  • STAND DER TECHNIK
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2005 - 129 826 A
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2002 - 141 465 A
    • Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2000 - 209 846 A
    • Patentdokument 4: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2004 - 96 829 A
    • Patentdokument 5: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H05- 151 46 A
    • Patentdokument 6: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP H06- 311 762 A
    • Patentdokument 7: DE 11 2013 001 234 T5
    • Patentdokument 8: DE 10 2011 005 184 A1
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Im Allgemeinen wird ein Leistungshalbleitermodul mit einem Dichtungsmittel wie Harz versiegelt. Wenn das Modul in einem Dichtungsmittel versiegelt ist, ist es unmöglich, den im Modul angeordneten Widerstand oder dergleichen (Patentdokumente 1 bis 3) so einzustellen (oder auszutauschen), dass die Gate-Oszillation unterdrückt oder das Stromungleichgewicht zwischen den Elementen verringert wird. Darüber hinaus kann der mit dem Gate verbundene Widerstand zur Unterdrückung der Gate-Oszillation die Schaltgeschwindigkeit (Patentdokument 1) verringern.
  • Wie in den Patentdokumenten 4 bis 6 beschrieben, kann die Oszillation unterdrückt werden, indem ein Filter, wie beispielsweise eine Gleichtaktdrossel oder ein Ferritkern, an die Verdrahtung des Moduls angeschlossen wird. Es ist jedoch schwierig, einen Filter wie den oben beschriebenen im Modul anzuordnen, und die Leistung des Filters kann bei hohen Temperaturen beeinträchtigt werden. Darüber hinaus können die in den Patentdokumenten 4 bis 6 beschriebenen Techniken die gleichen Probleme haben wie die in den Patentdokumente 1 bis 3 beschriebenen Techniken.
  • Da ein Leistungshalbleitermodul als Produkt vom Benutzer an eine externe Verdrahtung angeschlossen wird und je nachdem, wie die externe Verdrahtung geführt wird, kann das Modul außerdem einer elektromagnetischen Induktion der externen Verdrahtung ausgesetzt werden, was seine elektrischen Eigenschaften verändern kann. In diesem Fall kann es trotz einer Maßnahme zur Unterdrückung einer Gate-Oszillation für das Modul als Einheit vorkommen, dass eine Gate-Oszillation innerhalb des Moduls stattfindet. Dabei ist es erwünscht, die von außerhalb des Moduls resultierende Gate-Oszillation flexibel zu bewältigen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme konzipiert und ihre Aufgabe ist es, ein Leistungshalbleitermodul mit einer Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterelementen aufzuzeigen, wobei das Leistungshalbleitermodul mit einer Schaltung versehen ist, die außerhalb des Moduls vorgesehen und eingestellt ist, um eine Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leistungshalbleitervorrichtung anzugeben, die eine Vielzahl von parallel arbeitenden Leistungshalbleitermodulen besitzt, wobei jedes Leistungshalbleitermodul eine Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterelementen hat, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung mit einer Schaltung versehen ist, die außerhalb des Moduls angeordnet und eingestellt ist, um eine Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten Probleme mit den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Effekt der Erfindung
  • Bei einem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein erster externer Anschluss und ein zweiter externer Anschluss elektrisch so mit einer Verdrahtung verbunden, dass ein Bereich, der den ersten externen Anschluss und den zweiten externen Anschluss in der Verdrahtung elektrisch verbindet und der durch die jeweiligen Anschlüsse einer Vielzahl parallel arbeitender Halbleiterelemente verbunden ist, mindestens einen Teil eines stromführenden Bereichs in der Verdrahtung aufweist, wenn die erste Vielzahl von Halbleiterelementen parallel arbeitet. Somit kann ein Filter gebildet werden, indem ein Element, das einen Filter bildet, zwischen dem ersten externen Anschluss und dem zweiten externen Anschluss außerhalb eines Gehäuses verbunden wird, um eine Gate-Oszillation zu reduzieren.
  • Daher kann bei dem Leistungshalbleitermodul ein Filter vorgesehen und außerhalb des Moduls so eingestellt werden, dass die Gate-Oszillation unterdrückt wird. Weiterhin kann bei dem Leistungshalbleitermodul ein Gate-Widerstand minimiert oder weggelassen werden, wenn der Filter wie oben beschrieben vorgesehen ist, wodurch verhindert werden kann, dass eine Schaltgeschwindigkeit durch einen Gate-Widerstand gesenkt wird. Weitere Effekte können in Kombination mit dem Gate-Widerstand erzielt werden.
  • Bei der Leistungshalbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung sind der erste externe Anschluss und der zweite externe Anschluss jedes der Leistungshalbleitermodule elektrisch mit der Verdrahtung verbunden, so dass ein Bereich, der den ersten externen Anschluss und den zweiten externen Anschluss in der Verdrahtung elektrisch verbindet und der durch die jeweiligen Anschlüsse der parallel arbeitenden Vielzahl von Halbleiterelementen verbunden ist, mindestens einen Teil eines stromführenden Bereichs in der Verdrahtung aufweist, wenn die Vielzahl von Halbleiterelementen parallel arbeitet, und ein Filter bildendes Element außerhalb des Gehäuses ist elektrisch zwischen dem ersten externen Anschluss des ersten Leistungshalbleitermoduls und dem ersten externen Anschluss des zweiten Leistungshalbleitermoduls verbunden. Dadurch ist es möglich, einen Filter zu bilden, um die zwischen den Modulen auftretende Oszillation zu unterdrücken und eine Gate-Oszillation in jedem Modul zu reduzieren.
  • Daher kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung ein Filter außerhalb des Moduls vorgesehen und eingestellt werden, um die Gate-Oszillation zwischen den Modulen zu unterdrücken und die Gate-Oszillation innerhalb jedes Moduls zu reduzieren. Weiterhin kann bei der Leistungshalbleitervorrichtung, wenn der Filter wie vorstehend beschrieben vorgesehen ist, der Gate-Widerstand minimiert oder weggelassen werden, wodurch verhindert werden kann, dass die Schaltgeschwindigkeit durch den Gate-Widerstand verringert wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die ein Leistungshalbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;
    • 2 ist eine Draufsicht, die die innere Konfiguration des in 1 dargestellten Leistungshalbleitermoduls schematisch darstellt;
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Teil eines Querschnitts des in 1 dargestellten Leistungshalbleitermoduls darstellt;
    • 4 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration des in 1 dargestellten Halbleiterelements veranschaulicht;
    • 5 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 6 ist eine Ansicht zur Erläuterung, wie ein Filteranschluss mit einem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster verbunden ist;
    • 7 ist ein Schaltbild, das schematisch eine Schaltungskonfiguration eines für ein Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster gebildeten Filters darstellt;
    • 8 ist ein Schaltbild, das eine Abwandlung des in 7 dargestellten Filters veranschaulicht;
    • 9 ist ein Schaltbild, das eine weitere Abwandlung des in 7 dargestellten Filters veranschaulicht;
    • 10 ist ein Schaltbild, das schematisch eine andere Schaltungskonfiguration eines für ein Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster gebildeten Filters darstellt;
    • 11 ist ein Schaltbild, das eine Abwandlung des in 10 dargestellten Filters veranschaulicht;
    • 12 ist ein Schaltbild, das schematisch noch eine weitere Schaltungskonfiguration eines Filters darstellt, der für ein Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster gebildet wurde;
    • 13 ist ein Schaltbild, das eine Abwandlung des in 12 dargestellten Filters veranschaulicht;
    • 14 ist ein Schaltbild, das eine weitere Abwandlung des in 12 dargestellten Filters veranschaulicht;
    • 15 ist eine Draufsicht, die schematisch die innere Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 16 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform darstellt;
    • 17 ist eine Ansicht zur Erläuterung, wie ein Filteranschluss mit einem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster in einer Abwandlung der ersten Ausführungsform verbunden ist;
    • 18 ist eine Draufsicht, die die innere Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch darstellt;
    • 19 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt;
    • 20 ist eine Draufsicht, die die innere Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch darstellt;
    • 21 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform darstellt;
    • 22 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
    • 23 ist eine äquivalente Schaltung, die die elektrische Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt;
    • 24 ist eine Draufsicht, die schematisch die innere Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt, und
    • 25 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls gemäß der fünften Ausführungsform darstellt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird eine Vielzahl von Ausführungsformen beschrieben; es wird jedoch davon ausgegangen, dass die zu jeder Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen in vernünftiger Weise kombiniert werden können, sofern sie einander nicht widersprechen. Es ist zu beachten, dass gleiche oder entsprechende Bereiche in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und die Beschreibung nicht wiederholt wird.
  • Ausführungsform 1
  • Die Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 1 bis 4 beschrieben. 1 ist eine Draufsicht, die ein Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, und 2 ist eine Draufsicht, die die innere Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls gemäß 1 schematisch darstellt. 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Teil eines Querschnitts des in 1 dargestellten Leistungshalbleitermoduls darstellt, und 4 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration des in 1 dargestellten Halbleiterelements darstellt.
  • Wie in den 1 bis 4 gezeigt, kann das Leistungshalbleitermodul 100 in einer Leistungswandlervorrichtung wie einem Wechselrichter oder einem Umrichter sinnvoll eingesetzt werden. Das Leistungshalbleitermodul 100 besitzt eine Grundplatte 1, ein Gehäuse 2, eine positive Elektrode 3 und eine negative Elektrode 4. Die Grundplatte 1 ist eine Wärmeableitplatte aus Metall, die so ausgebildet ist, dass sie die Wärme innerhalb des Moduls nach außen ableitet. Die positive Elektrode 3 und die negative Elektrode 4 sind zur Außenseite des Gehäuses 2 hin offen und mit einer positiven Elektroden-Bus-Schiene bzw. einer negativen Elektroden-Bus-Schiene verbunden (nicht dargestellt).
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 besitzt weiterhin ein Isoliersubstrat 20, ein Kollektor-Verdrahtungsmuster 7, ein Emitter-Verdrahtungsmuster 8, ein Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9, ein Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster 10, Halbleiterschaltelemente 16A und 16B sowie Freilaufdioden 17A und 17B.
  • Das Isoliersubstrat 20 ist typischerweise aus Keramik, kann aber auch ein Metallsubstrat mit einer Harzisolierschicht sein. Wie in 3 dargestellt, kann ein Verdrahtungsmuster 19 (einschließlich des Kollektor-Verdrahtungsmusters 7, des Emitter-Verdrahtungsmusters 8, des Gate-Steuerungsverdrahtungsmusters 9 und des Emitter-Verdrahtungsmusters 10) mit der Vorderfläche (der Oberseite in der Zeichnung) des Isoliersubstrats 20 durch Löten oder dergleichen verbunden werden, und ein Rückseitenmuster 21 kann mit der Rückfläche (der Unterseite in der Zeichnung) des Isoliersubstrats 20 durch (Hart-) Löten oder dergleichen verbunden werden. Das mit dem Isoliersubstrat 20 verlötete Rückseitenmuster 21 ist über ein Lot 22 mit der Grundplatte 1 verbunden, und die Halbleiterschaltelemente 16A, 16B und die Freilaufdioden 17A, 17B sind in dem Verdrahtungsmuster 19 über ein Lot 18 miteinander verbunden. Anstelle der Lote 18 und 22 können andere Verbindungsmaterialien verwendet werden.
  • Jedes der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B ist ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement und typischerweise ein Leistungs-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), es kann auch ein Bipolartransistor wie ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) sein. Die Freilaufdioden 17A und 17B sind antiparallel mit den Halbleiterschaltelementen 16A bzw. 16B verbunden.
  • Um mit einem großen Strom zu arbeiten, besitzt das Halbleitermodul 100 eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen 16A und 16B, die parallel arbeiten, und entsprechende Freilaufdioden 17A und 17B. Obwohl in jeder der folgenden Ausführungsformen einschließlich der ersten Ausführungsform die Anzahl der parallel angeordneten Halbleiterschaltelemente und Freilaufdioden 2 beträgt, kann sie 3 oder mehr betragen.
  • Die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B sowie die Freilaufdioden 17A und 17B bestehen jeweils aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke. Der Halbleiter mit großer Bandlücke kann beispielsweise aus Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN), Galliumoxid (Ga2O3) und Diamant (C) bestehen.
    Da der Halbleiter mit großer Bandlücke im Vergleich zum herkömmlichen Siliziumhalbleiter eine höhere Spannungsfestigkeit aufweist, ist es möglich, dass jedes Element, wenn jedes der Halbleiterschaltelemente 16A, 16B und der Freilaufdioden 17A, 17B aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke besteht, der gleichen Spannung mit einer halben Dicke oder weniger im Vergleich zum herkömmlichen Siliziumhalbleiter widersteht. Dadurch ist es möglich, die Größe eines Chips zu reduzieren, der aus den Halbleiterschaltelementen 16A, 16B und den Freilaufdioden 17A, 17B besteht. Da die Dicke im Vergleich zum herkömmlichen Silizium-Halbleiterbauelement geringer wird, reduziert sich zudem der Widerstand entsprechend, wodurch der Verlust reduziert werden kann.
  • Jedes der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B wird an das Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 an einer Kollektor-Kontaktstelle 16c (4) und jede der Freilaufdioden 17A und 17B an das Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 an einer Kathoden-Kontaktstelle 17c gelötet. Ein Ende einer Emitterleitung 11A ist mit einer Emitter-Kontaktstelle 16e (4) des Halbleiterschaltelements 16A verbunden, die Emitterleitung 11A ist weiter mit einer Anoden-Kontaktstelle 17a (4) der Freilaufdiode 17A verbunden, und das andere Ende der Emitterleitung 11A ist mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden. Ebenso sind ein Ende einer Emitterleitung 11B mit der Emitter-Kontaktstelle 16e des Halbleiterschaltelements 16B, die Emitterleitung 11B mit der Anoden-Kontaktstelle 17a der Freilaufdiode 17B und das andere Ende der Emitterleitung 11B mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden.
  • Eine Gate-Kontaktstelle 16g (4) des Halbleiterschaltelements 16A ist über eine Gate-Steuerungsleitung 12A mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden. Ebenso ist die Gate-Kontaktstelle 16g des Halbleiterschaltelements 16B über eine Gate-Steuerungsleitung 12B mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden. Bei einer solchen Konfiguration sind das Halbleiterschaltelement 16A und die Freilaufdiode 17A parallel zum Halbleiterschaltelement 16B und der Freilaufdiode 17B elektrisch verbunden, wodurch das Halbleiterschaltelement 16A und die Freilaufdiode 17A parallel zum Halbleiterschaltelement 16B und der Freilaufdiode 17B arbeiten.
  • Das Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster 10 ist über die Emitter-Steuerleitungen 13A und 13B mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden. Die Emitter-Steuerungsleitung 13A ist an die Emitter-Kontaktstelle 16e des Halbleiterschaltelements 16A und die Anoden-Kontaktstelle 17a der Freilaufdiode 17A und die Emitter-Steuerungsleitung 13B an die Emitter-Kontaktstelle 16e des Halbleiterschaltelements 16B und die Anoden-Kontaktstelle 17a der Freilaufdiode 17B angeschlossen.
  • Das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 und das Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster 10 sind elektrisch mit einer Treiber-Schaltung (Treiber) außerhalb des Gehäuses 2 verbunden. So werden am Gehäuse 2 durch Spritzgießen im Insert-Verfahren oder Spritzgießen im Outsert-Verfahren externe Anschlüsse 5 und 6 aus Metall gebildet, und das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 und das Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster 10 sind über Leitungen 14 und 15 mit den externen Anschlüssen 5 und 6 verbunden (nachfolgend wird der externe Anschluss 5 auch als „Gate-Steuerungsanschluss 5“ und der externe Anschluss 6 auch als „Emitter-Steuerungsanschluss 6“ bezeichnet).
  • Das Leistungshalbleitermodul 100 besitzt die parallel arbeitenden Halbleiterschaltelemente 16A und 16B sowie die dazugehörigen Freilaufdioden 17A und 17B. So kann es aufgrund von Schwankungen der Verdrahtungskonstante zwischen den parallel arbeitenden Elementen oder schnelle Schaltvorgänge und dergleichen zu unbeabsichtigten Schwingungen (Gate-Oszillationen) in der Gatespannung der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B kommen.
  • So kann beispielsweise bei einer Doppelpulsschaltung mit L Last (Induktivität) eine Gate-Oszillation mit großer Amplitude in der Spannung zwischen dem Gate und dem Emitter der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B beim Ein- und Ausschalten auftreten. Es wird angenommen, dass die Gate-Oszillation durch die parasitäre Kapazität der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B und die parasitäre Induktivität der Verdrahtung, die mit den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B verbunden ist, verursacht wird. Die Gate-Oszillation kann die Oxidschicht der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B beschädigen, was zu einer Verschlechterung des Bauteils, Strahlungs-Rauschen und Übertragung von Rauschen oder dergleichen führt, was zu weiteren Gate-Oszillationen führen kann. Darüber hinaus kann die Gate-Oszillation auch andere Elemente im Modul beeinflussen, die über die Verdrahtung parallel geschaltet sind.
  • Daher wird bei der vorliegenden Erfindung die Gate-Oszillation unterdrückt, da dann, wenn eine Gate-Oszillation in einem Signal an die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B auftritt, die parasitäre Induktivität der Verdrahtung in Verbindung mit den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B als Oszillationsweg dienen kann. Insbesondere wird im Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der ersten Ausführungsform ein Filter für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 gebildet, der durch die Gates der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B verbunden ist, um die Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • Es ist jedoch schwierig, einen solchen Filter im Leistungshalbleitermodul 100 anzuordnen, und die Leistung des Filters kann bei hohen Temperaturen beeinträchtigt werden. Im Leistungshalbleitermodul 100 ist neben dem Gate-Steuerungsanschluss 5 auch ein Filteranschluss 23 in Verbindung mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 vorgesehen, und ein Kondensator zum Bilden eines Filters ist zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 außerhalb des Gehäuses 2 angeschlossen.
  • Ähnlich wie der Gate-Steuerungsanschluss 5 und der Emitter-Steuerungsanschluss 6 wird auch der Filteranschluss 23 auf dem Gehäuse 2 durch Spritzgießen im Insert-Verfahren oder Spritzgießen im Outsert-Verfahren gebildet und ist über eine Leitung 24 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden. Ein Filter wird für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 gebildet, indem ein Kondensator zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 außerhalb des Gehäuses 2 angeschlossen wird. So ist es auch bei einer Versiegelung des Gehäuses mit Harz oder dergleichen möglich, die Kapazität des Kondensators außerhalb des Gehäuses so einzustellen, dass der Filter die gewünschten Eigenschaften aufweist.
  • 5 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls 100 veranschaulicht. Wie in 5 gezeigt, ist das Gate des Halbleiterschaltelements 16A über einen im Element eingebauten oder im Modul montierten Gate-Widerstand 53A und eine Gate-Steuerungsleitung 12A mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden und dann über eine Leitung 14 mit dem Anschluss 5 verbunden. Ebenso ist das Gate des Halbleiterschaltelements 16B über einen Gate-Widerstand 53B und eine im Element eingebaute oder im Modul montierte Gate-Steuerungsleitung 12B mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden und dann über die gleiche Leitung 14 mit dem Gate-Steuerungsanschluss 5 verbunden. Der Gate-Steuerungsanschluss 5 ist über eine Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 51 mit einem Treiber 50 verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist im Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der ersten Ausführungsform das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 über die Leitung 24 mit dem Filteranschluss 23 verbunden, und der Kondensator 64 ist zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 100 angeschlossen. Dabei wird durch die Kapazität des Kondensators 64 und die Induktivität des Gate-Steuerungsverdrahtungsmusters 9 ein LC-Parallelschwingkreis gebildet, der es ermöglicht, die im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 auftretende Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Filteranschluss 23 so mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden, dass sich ein mit dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 am Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 elektrisch verbundener Bereich mit mindestens einem Teil eines mit den Gates der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 elektrisch verbundenen Bereichs überlappt.
  • 6 ist eine Ansicht zur Erläuterung, wie der Filteranschluss 23 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden ist. Wie in 6 gezeigt, ist der Filteranschluss 23 so mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden, dass ein Bereich L3 zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 mit mindestens einem Teil (Bereich L2) eines Verbindungsbereichs L1 zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B auf dem Filtersteuerung Verdrahtungsmuster 9 überlappt. In dem in 6 dargestellten Beispiel wird der Gate-Steuerungsanschluss 5 an einen im Wesentlichen zentralen Punkt des Verbindungsbereichs L1 zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B angeschlossen und der Filteranschluss 23 wird an einen Punkt um L3 getrennt vom Gate-Steuerungsanschluss 5 (L3>L2) angeschlossen.
  • Wenn der Kondensator 64 (5) zwischen dem Filteranschluss 23 und dem Gate-Steuerungsanschluss 5 angeschlossen ist, ist es dadurch möglich, einen Filter (LC-Parallelschwingkreis ) zu bilden, um die zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B auftretende Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • 7 ist ein Schaltbild, das schematisch eine Schaltungskonfiguration des für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 gebildeten Filters darstellt. Wie in 7 gezeigt, wird ein LC-Parallelschwingkreis durch die Induktivität (zumindest eines Teils) des Gate-Steuerungsverdrahtungsmusters 9 und des zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 angeschlossenen Kondensators 64 gebildet. Da der Kondensator 64 außerhalb des Gehäuses 2 vorgesehen ist, kann der Kondensator 64 außerhalb des Gehäuses entsprechend angepasst werden, so dass der LC-Parallelschwingkreis eine hohe Impedanz bei der Schwingungsfrequenz der Gate-Oszillation aufweist.
  • In dieser Schaltungskonfiguration kann der gleiche Effekt erzielt werden, indem der in 7 dargestellte Kondensator 64 durch ein Gleichrichter-Halbleiterelement 67 aus 8 ersetzt wird. Wie in 9 dargestellt, kann ein Widerstand 68 in Reihe mit dem Kondensator 64 zu einer LCR-Serienparallelschaltung geschaltet werden, und der Kondensator 64 und der Widerstand 68 können entsprechend so angepasst werden, dass die LCR-Serienparallelschaltung eine hohe Impedanz bei der Schwingungsfrequenz der Gate-Oszillation aufweist.
  • Wenn, was in den Zeichnungen nicht besonders dargestellt ist, der Gate-Steuerungsanschluss 5 und der Filteranschluss 23 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 so verbunden sind, dass sich der Bereich L3 zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 nicht mit dem Verbindungsbereich L1 zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B überlappt, ist es unmöglich, einen Filter zu bilden, um die zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B auftretende Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • Wie es in 5 gezeigt wird, sind die Kollektoren der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 und dann mit der positiven Elektrode 3 verbunden. Die Emitter der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B sind über Emitterleitungen 11A bzw. 11B mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 und dann mit der negativen Elektrode 4 verbunden.
  • Die Emitter der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B sind über die Emitter-Steuerungsleitungen 13A bzw. 13B mit dem Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster 10 und dann über die Leitung 15 mit dem Emitter-Steuerungsanschluss 6 verbunden. Der Emitter-Steuerungsanschluss 6 ist über eine Treiber-Emitter-Steuerungsverdrahtung 52 mit dem Treiber 50 verbunden.
  • Im obigen wird beschrieben, dass der Kondensator 64 zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 außerhalb des Gehäuses des Leistungshalbleitermoduls 100 angeschlossen ist. Es ist jedoch auch möglich, dass weiterhin ein Widerstand zwischen den Gate-Steuerungsanschluss 5 und den Filteranschluss 23 geschaltet wird.
  • 10 ist ein Schaltbild, das schematisch eine andere Schaltungskonfiguration eines für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 gebildeten Filters darstellt. Wie in 10 gezeigt, sind der Kondensator 64 und ein Widerstand 65 zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 außerhalb des Gehäuses des Leistungshalbleitermoduls 100 verbunden.
  • Somit wird ein LCR-Parallelschwingkreis durch die Induktivität (zumindest eines Teils) des Gate-Steuerungsverdrahtungsmusters 9, den Kondensator 64 und den Widerstand 65 gebildet, die zwischen den Gate-Steuerungsanschluss 5 und den Filteranschluss 23 geschaltet sind. Da der Kondensator 64 und der Widerstand 65 außerhalb des Gehäuses 2 angeschlossen sind, ist es -wie oben beschriebeneinfach, den LCR-Parallelschwingkreis als Filter zur Unterdrückung der Gate-Oszillation zu bilden und die Gate-Oszillation kann durch Einstellen der Stärke des Filters unterdrückt werden.
  • In dieser Schaltungskonfiguration kann der gleiche Effekt erzielt werden, indem der in 10 dargestellte Kondensator 64 durch ein Gleichrichter-Halbleiterelement 67 aus 11 ersetzt wird.
  • Zusätzlich kann ein Halbleiterschaltelement zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Filteranschluss 23 angeordnet werden, um den Filter zu aktivieren.
  • 12 ist ein Schaltbild, das schematisch noch eine weitere Schaltungskonfiguration eines für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 gebildeten Filters darstellt. Wie in 12 gezeigt, wird ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement 66 zwischen den Gate-Steuerungsanschluss 5 und den Filteranschluss 23 außerhalb des Gehäuses des Leistungshalbleitermoduls 100 geschaltet.
  • Ein Filter wird durch das Halbleiterschaltelement 66 und die Induktivität (mindestens eines Teils) des Gate-Steuerungsverdrahtungsmusters 9 gebildet. Da das Halbleiterschaltelement 66 außerhalb des Gehäuses 2 vorgesehen ist, kann die Schaltfrequenz des Halbleiterschaltelements 66 außerhalb des Gehäuses eingestellt werden, um die Stärke des Filters oder das Frequenzband des Filters einfach einzustellen.
  • Es ist auch möglich, einen Widerstand 65 parallel zum Halbleiterschaltelement 66, wie in 13 dargestellt, oder einen Widerstand 68 in Reihe mit dem Halbleiterschaltelement 66, wie in 14 dargestellt, anzuschließen. Obwohl nicht besonders in den Zeichnungen dargestellt, kann ein Kondensator parallel zum Halbleiterschaltelement 66 zu einem Filter verbunden werden und der Filter kann durch Einstellen des Kondensators entsprechend angepasst werden.
  • Wie vorstehend in der ersten Ausführungsform beschrieben, sind der Filteranschluss 23 und der Gate-Steuerungsanschluss 5 so mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden, dass sich ein mit dem Filteranschluss 23 und dem Gate-Steuerungsanschluss 5 elektrisch verbundener Bereich mit mindestens einem Teil eines Verbindungsbereichs zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B am Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 überlappt. Somit kann ein Filter gebildet werden, indem der Kondensator 64 zwischen dem Filteranschluss 23 und dem Gate-Steuerungsanschluss 5 außerhalb des Gehäuses 2 angeschlossen wird, um die Gate-Oszillation zu reduzieren.
  • Daher kann gemäß der ersten Ausführungsform ein Filter außerhalb des Moduls bereitgestellt und eingestellt werden, um die Gate-Oszillation zu reduzieren.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform kann bei vorstehend beschriebener Ausführung des Filters der Gate-Widerstand der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B minimiert werden oder ganz entfallen, wodurch verhindert werden kann, dass die Schaltgeschwindigkeit der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B durch den Gate-Widerstand gesenkt wird.
  • Abwandlung der ersten Ausführungsform
  • Bei der ersten Ausführungsform wird oben beschrieben, dass der Filteranschluss 23 in Verbindung mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 vorgesehen ist, und ein Element (z.B. ein Kondensator 64 oder dergleichen) zur Bildung des Filters ist zwischen dem Filteranschluss 23 und einem vorhandenen Gate-Steuerungsanschluss 5 angeschlossen, der mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden ist. Es ist auch möglich, den der vorhandenen Gate-Steuerungsanschluss 5 nicht zu verwenden und stattdessen eine Vielzahl von Filteranschlüssen vorzusehen und zu verwenden.
  • 15 ist eine Draufsicht, die schematisch den Innenaufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 15 gezeigt, besitzt das Leistungshalbleitermodul 200 neben der in 2 dargestellten Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls 100 auch einen Filteranschluss 25. Der Filteranschluss 25 wird am Gehäuse 2 durch Spritzgießen im Insert-Verfahren oder Spritzgießen im Outsert-Verfahren zusammen mit dem Gate-Steuerungsanschluss 5, dem Emitter-Steuerungsanschluss 6 und dem Filteranschluss 23 gebildet und ist über eine Leitung 26 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden. Weiterhin wird zwischen die Filteranschlüssen 23 und 25 außerhalb des Gehäuses 2 ein Kondensator 64 oder dergleichen geschaltet, wodurch ein Filter für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 gebildet wird.
  • 16 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls 200 gemäß der Abwandlung der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 16 gezeigt, ist der Filteranschluss 25 weiterhin über die Leitung 26 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden. Weiterhin wird der Kondensator 64 zwischen den Filteranschlüssen 23 und 25 außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 200 angeordnet, wobei durch die Kapazität des Kondensators 64 und die Induktivität des Gate-Steuerungsverdrahtungsmusters 9 ein LC-Parallelschwingkreis gebildet wird, um die im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 auftretende Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • In der vorliegenden Abwandlung sind die Filteranschlüsse 23 und 25 so mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden, dass der Bereich, der elektrisch mit den Filteranschlüssen 23 und 25 im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden ist, den gesamten Bereich einschließt, der elektrisch mit den Gates der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden ist.
  • 17 ist eine Ansicht zur Erläuterung, wie die Filteranschlüsse 23 und 25 in der Abwandlung der ersten Ausführungsform mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden sind. Wie in 17 gezeigt, sind die Filteranschlüsse 23 und 25 so mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden, dass ein Bereich L4 zwischen den Filteranschlüsse 23 und 25 im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 den gesamten Verbindungsbereich L1 zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B einschließt.
  • Durch eine solche Anbringung der Filteranschlüsse 23 und 25 ist es möglich, bei Verbindung des Kondensators 64 (16) zwischen den Filteranschlüsse 23 und 25 einen Filter (LC-Parallelschwingkreis ) zu bilden, um die zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B A auftretende Gate-Oszillation wirksam zu unterdrücken.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht besonders dargestellt, kann in der vorliegenden Abwandlung, ähnlich wie in den 10 und 12 gezeigt, ein Widerstand 65 zwischen den Filteranschlüssen 23 und 25 zusätzlich zum Kondensator 64 oder ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement 66 zwischen den Filteranschlüssen 23 und 25 als Ersatz für den Kondensator 64 angeschlossen werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Abwandlung ein Filter außerhalb des Moduls vorgesehen und eingestellt werden, um die zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B auftretende Gate-Oszillation wirksam zu unterdrücken.
  • Ausführungsform 2
  • In der ersten oben genannten Ausführungsform wird beschrieben, dass für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 ein Filter gebildet wird, um die Gate-Oszillation zu unterdrücken. Bei parallelem Betrieb der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B kann es aufgrund der parasitären Kapazität der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B und der parasitären Induktivität der Verdrahtung, die die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B verbindet, zu Oszillationen zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B kommen. Somit kann das Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 zu einem Oszillationspfad werden, und die Oszillation im Pfad kann zu einer Gate-Oszillation führen. Daher wird in der zweiten Ausführungsform für das Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 ein Filter gebildet, um die Oszillation zu unterdrücken.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Messung einer Innenspannung des Leistungshalbleitermoduls ein Kollektor-Fühleranschluss vorgesehen, um ein Potential an einem Ort näher als die positive Elektrode 3 an den Halbleiterschaltelementen 16A, 16B zu erhalten. Der Kollektor-Fühleranschluss ist über Leitungen mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 verbunden. Somit kann die tatsächlich an die Halbleiterschaltelemente 16A, 16B angelegte Spannung durch Messung der Spannung zwischen dem Kollektor-Fühleranschluss und dem Emitter-Steuerungsanschluss 6 gemessen werden (2).
  • In der zweiten Ausführungsform wird ein Kollektor-Fühleranschluss vorgesehen. In der zweiten Ausführungsform wird neben dem Kollektor-Fühleranschluss auch ein Filteranschluss in Verbindung mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 und ein Kondensator oder dergleichen zwischen dem Kollektor-Fühleranschluss und dem Filteranschluss außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet, um einen Filter relativ zum Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 zu bilden.
  • 18 ist eine Draufsicht, die die innere Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform schematisch darstellt. 18 entspricht 2, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 18 gezeigt, besitzt das Leistungshalbleitermodul 300 neben der in 2 dargestellten Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls 100 weiterhin einen Kollektor-Fühleranschluss 27 und einen Filteranschluss 29 anstelle des Filteranschlusses 23.
  • Ebenso werden der Kollektor-Fühleranschluss 27 und der Filteranschluss 29 am Gehäuse 2 durch Spritzgießen im Insert-Verfahren oder Spritzgießen im Outsert-Verfahren zusammen mit dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Emitter-Steuerungsanschluss 6 gebildet und über Leitungen 28 bzw. 30 mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 verbunden. Weiterhin wird ein Filter für das Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 gebildet, indem ein Kondensator oder dergleichen (nicht dargestellt) zwischen dem Kollektor-Fühleranschluss 27 und dem Filteranschluss 29 außerhalb des Gehäuses 2 angeschlossen wird.
  • 19 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls 300 gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Wie in 19 gezeigt, ist der Kollektor-Fühleranschluss 27 über die Leitung 28 mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 verbunden. Im Leistungshalbleitermodul 300 gemäß der zweiten Ausführungsform ist der Filteranschluss 29 weiterhin über die Leitung 30 mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 verbunden.
  • Weiterhin wird der Kondensator 64 zwischen den Kollektor-Fühleranschluss 27 und den Filteranschluss 29 außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 300 geschaltet, wobei ein LC-Parallelschwingkreis durch die Kapazität des Kondensators 64 und die Induktivität des Kollektor-Verdrahtungsmusters 7 gebildet wird, um die im Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 auftretende Schwingung zu unterdrücken.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind der Kollektor-Fühleranschluss 27 und der Filteranschluss 29 so mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 verbunden, dass ein Bereich, der elektrisch mit dem Kollektor-Fühleranschluss 27 und dem Filteranschluss 29 auf dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 verbunden ist, zumindest einen Teil eines stromführenden Bereichs im Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 einschließt, wenn die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B parallel arbeiten.
  • Wenn die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B parallel arbeiten, ist, wie es in 18 wieder gezeigt wird, der stromführende Bereich im Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 nicht strikt auf den Bereich zwischen dem Verbindungspunkt der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B und dem Verbindungspunkt der positiven Elektrode 3 beschränkt, sondern schließt auch die um die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B im Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 gebildeten mit ein. Der Kollektor-Fühleranschluss 27 und der Filteranschluss 29 sind mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 verbunden, um zumindest einen Teil des stromführenden Bereichs mit einzuschließen. Wie in 18 dargestellt, wird zur Bildung eines Filters, der die im Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 auftretende Oszillation wirksam unterdrückt, bevorzugt, dass der Filteranschluss 29 in der Nähe der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B angeordnet und vom Kollektor-Fühleranschluss 27 in einer Richtung getrennt ist, in der die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B angeordnet sind.
  • Im vorstehenden wird beschrieben, dass der LC-Parallelschwingkreis als Filter durch Verbinden des Kondensators 64 zwischen dem Kollektor-Fühleranschluss 27 und dem Filteranschluss 29 gebildet wird. Ähnlich wie beim in 10 oder 12 dargestellten Filter kann jedoch ein Widerstand zwischen dem Kollektor-Fühleranschluss 27 und dem Filteranschluss 29 zu einem LCR-Parallelschwingkreis oder ein Filter durch Verbinden eines Halbleiterschaltelements zwischen dem Kollektor-Fühleranschluss 27 und dem Filteranschluss 29 gebildet werden.
  • Wie vorstehend bei der zweiten Ausführungsform beschrieben, sind der Kollektor-Fühleranschluss 27 und der Filteranschluss 29 mit dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 so verbunden, dass ein mit dem Kollektor-Fühleranschluss 27 und dem Filteranschluss 29 auf dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 elektrisch verbundener Bereich mindestens einen Teil eines stromführenden Bereichs auf dem Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 mit einschließt, wenn die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B parallel arbeiten. Somit kann ein Filter gebildet werden, indem der Kondensator 64 zwischen dem Kollektor-Fühleranschluss 27 und dem Filteranschluss 29 außerhalb des Gehäuses 2 verbunden wird, um die zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B auftretende Oszillation zu reduzieren. Daher kann gemäß der zweiten Ausführungsform ein Filter außerhalb des Moduls vorgesehen und eingestellt werden, um die Gate-Oszillation durch Reduzierung der im Kollektor-Verdrahtungsmuster 7 auftretenden Oszillation zu unterdrücken.
  • Ausführungsform 3
  • Wie vorstehend beschrieben, kann es bei parallelem Betrieb der Halbleiterschaltelemente 16A und 16B zu Oszillationen zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B kommen. Somit kann das Emitter-Verdrahtungsmuster 8 zu einem Oszillationspfad werden und die Oszillation im Pfad kann zu einer Gate-Oszillation führen. Daher wird in der dritten Ausführungsform für das Emitter-Verdrahtungsmuster 8 ein Filter gebildet, um die Oszillation zu unterdrücken.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Erkennung eines durch das Leistungshalbleitermodul fließenden Stroms ein Emitter-Fühleranschluss vorgesehen, um ein Potential an einem Ort zu erhalten, der näher an den Halbleiterschaltelementen 16A, 16B als die negative Elektrode 4 liegt. Der Emitter-Fühleranschluss ist über Leitungen mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden. Fließt ein Strom durch die parasitäre Induktivität zwischen dem Emitter-Fühleranschluss und der negativen Elektrode 4, sinkt die Spannung entsprechend der zeitlichen Änderung des Stroms und der parasitären Induktivität, und somit kann der Strom durch Erfassen des Spannungsabfalls erfasst werden.
  • In der dritten Ausführungsform wird ein Emitter-Fühleranschluss vorgesehen. In der dritten Ausführungsform wird zusätzlich zum Emitter-Fühleranschluss auch ein Filteranschluss in Verbindung mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 vorgesehen und ein Kondensator wird zwischen den Emitter-Fühleranschluss und den Filteranschluss außerhalb des Gehäuses 2 geschaltet, um einen Filter gegenüber dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 zu bilden.
  • 20 ist eine Draufsicht, die die innere Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls gemäß der dritten Ausführungsform schematisch darstellt. 20 entspricht 2, wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 20 gezeigt, besitzt das Leistungshalbleitermodul 400 zusätzlich zu der in 2 dargestellten Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls 100 weiterhin einen Emitter-Fühleranschluss 31 und einen Filteranschluss 33 anstelle des Filteranschlusses 23.
  • Ebenso werden der Emitter-Fühleranschluss 31 und der Filteranschluss 33 auf dem Gehäuse 2 durch Spritzgießen im Insert-Verfahren oder Spritzgießen im Outsert-Verfahren zusammen mit dem Gate-Steuerungsanschluss 5 und dem Emitter-Steuerungsanschluss 6 gebildet und über Leitungen 32 bzw. 34 mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden. Weiterhin wird ein Filter für das Emitter-Verdrahtungsmuster 8 gebildet, indem ein Kondensator oder dergleichen (nicht dargestellt) zwischen dem Emitter-Fühleranschluss 31 und dem Filteranschluss 33 außerhalb des Gehäuses 2 angeschlossen wird.
  • 21 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau des Leistungshalbleitermoduls 400 gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. Wie in 21 gezeigt, ist der Emitter-Fühleranschluss 31 über die Leitung 32 mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden. Im Leistungshalbleitermodul 400 gemäß der dritten Ausführungsform ist der Filteranschluss 33 weiterhin über die Leitung 34 mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden.
  • Weiterhin wird der Kondensator 64 zwischen den Emitter-Fühleranschluss 31 und den Filteranschluss 33 außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 400 geschaltet, wodurch ein LC-Parallelschwingkreis durch die Kapazität des Kondensators 64 und die Induktivität des Emitter-Verdrahtungsmusters 8 gebildet wird, um die im Emitter-Verdrahtungsmuster 8 auftretende Oszillation zu unterdrücken.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind der Emitter-Fühleranschluss 31 und der Filteranschluss 33 so mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden, dass ein Bereich, der elektrisch mit dem Emitter-Fühleranschluss 31 und dem Filteranschluss 33 am Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden ist, mindestens einen Teil eines stromführenden Bereichs im Emitter-Verdrahtungsmuster 8 einschließt, wenn die Halbleiterschalterelemente 16A und 16B parallel arbeiten.
  • Wie es in 20 wieder gezeigt wird, ist dann, wenn die Halbleiterschaltelemente 16A und 16B parallel arbeiten, der stromführende Bereich im Emitter-Verdrahtungsmuster 8 nicht strikt auf den Bereich zwischen dem Anschluss der Emitterleitungen 11A, 11B und dem Anschluss der negativen Elektrode 4 beschränkt, sondern schließt auch die um den Anschluss der Emitterleitungen 11A und 11B auf dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 gebildeten Bereiche ein. Der Emitter-Fühleranschluss 31 und der Filteranschluss 33 sind mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden, so dass zumindest ein Teil des stromführenden Bereichs einbezogen wird. Wie in 20 dargestellt, wird zur Bildung des Filters, der die im Emitter-Verdrahtungsmuster 8 auftretende Oszillation wirksam unterdrückt, bevorzugt, dass der Filteranschluss 33 in der Nähe der Emitterleitungen 11A und 11B angeordnet und vom Emitter-Fühleranschluss 31 in einer Richtung getrennt ist, in der die Emitterleitungen 11A und 11B angeordnet sind.
  • Im vorstehenden wird beschrieben, dass ein LC-Parallelschwingkreis als Filter durch Schalten des Kondensators 64 zwischen den Emitter-Fühleranschluss 31 und den Filteranschluss 33 gebildet wird. Ähnlich wie beim in 10 oder 12 dargestellten Filter kann jedoch ein Widerstand zwischen den Emitter-Fühleranschluss 31 und den Filteranschluss 33 zur Bildung eines LCR-Parallelschwingkreis geschaltet werden, oder ein Filter wird durch Schalten eines Halbleiterschaltelements zwischen den Emitter-Fühleranschluss 31 und den Filteranschluss 33 gebildet.
  • Wie vorstehend bei der dritten Ausführungsform beschrieben, sind der Emitter-Fühleranschluss 31 und der Filteranschluss 33 so mit dem Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden, dass ein Bereich, der elektrisch mit dem Emitter-Fühleranschluss 31 und dem Filteranschluss 33 am Emitter-Verdrahtungsmuster 8 verbunden ist, mindestens einen Teil eines stromführenden Bereichs am Emitter-Verdrahtungsmuster 8 mit einschließt, wenn die Halbleiterschalter 16A und 16B parallel arbeiten. Somit kann ein Filter gebildet werden, indem der Kondensator 64 zwischen dem Emitter-Fühleranschluss 31 und dem Filteranschluss 33 außerhalb des Gehäuses 2 angeschlossen wird, um die zwischen den Halbleiterschaltelementen 16A und 16B auftretende Oszillation zu reduzieren. Daher kann gemäß der dritten Ausführungsform ein Filter außerhalb des Moduls vorgesehen und eingestellt werden, um die Gate-Oszillation durch Reduzierung der im Emitter-Verdrahtungsmuster 8 auftretenden Oszillation zu unterdrücken.
  • Ausführungsform 4
  • In einer Leistungshalbleiteranordnung mit den Leistungshalbleitermodulen, die gemäß vierten Ausführungsform parallel arbeitet, ist außerhalb der Module ein Filter vorgesehen, um die innerhalb und außerhalb des Leistungshalbleitermoduls auftretende Oszillation zu unterdrücken.
  • 22 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. Wie in 22 gezeigt, besitzt die Leistungshalbleiteranordnung die Leistungshalbleitermodule 100A und 100B, Bus-Schienen 35 und 38, eine Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 41, eine Treiber-Emitter-Steuerungsverdrahtung 43 und Treiberanschlüsse 42 und 44. Jedes der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B ist identisch mit dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Leistungshalbleitermodul 100.
  • Die Bus-Schienen 35, 38 sind Leiter, die zum Anschluss der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B verwendet werden. Die Bus-Schiene 35 ist an der positiven Elektrode 3 des Leistungshalbleitermoduls 100A und 100B durch Bolzen/Schrauben 36A und 36B befestigt, und die Bus-Schiene 38 ist an der negativen Elektrode 4 des Leistungshalbleitermoduls 100A und 100B durch Bolzen/Schrauben 39A und 39B befestigt. Ein auf der Bus-Schiene 35 gebildeter Anschluss 37 ist ein Kollektoranschluss zum Anschluss an einen externen Stromkreis (nicht dargestellt) und ein auf der Bus-Schiene 38 gebildeter Anschluss 40 ist ein Emitteranschluss zum Anschluss an den externen Stromkreis.
  • Der Gate-Steuerungsanschluss 5 der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B ist jeweils über die Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 41 mit dem Treiberanschluss 42 verbunden. Der Emitter-Steuerungsanschluss 6 der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B ist jeweils über die Treiber-Emitter-Steuerungsverdrahtung 43 mit dem Treiberanschluss 44 verbunden. Die Treiberanschlüsse 42 und 44 sind mit einem Treiber (nicht dargestellt) verbunden.
  • Wenn die Leistungshalbleitermodule 100A und 100B parallel betrieben werden, kann es zu Schwankungen zwischen den Modulen kommen. Die Gate-Oszillation, die in der Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 41 auftritt, welche zum Anschluss der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B verwendet wird, kann z.B. durch Anschluss eines Kondensators o.ä. zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 5 des Leistungshalbleitermoduls 100A und dem Gate-Steuerungsanschluss 5 des Leistungshalbleitermoduls 100B unterdrückt werden. In diesem Fall ist es jedoch nicht möglich, die Gate-Oszillation zwischen den parallel arbeitenden Elementen in jedem der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B wie in der ersten Ausführungsform zu unterdrücken.
  • So kann in der Leistungshalbleiteranordnung gemäß der vierten Ausführungsform ein einen Filter bildendes Element wie ein Kondensator oder dergleichen zwischen den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100A und den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100B geschaltet werden, um die in der Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 41 auftretende Gate-Oszillation zu unterdrücken und gleichzeitig die Gate-Oszillation zwischen den parallel arbeitenden Elementen in jedem der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B zu unterdrücken.
  • 23 ist eine äquivalente Schaltung, die die elektrische Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. Wie in 23 gezeigt, ist der Filteranschluss 23 in jedem der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B über die Leitung 24 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 verbunden. Weiterhin wird der Kondensator 64 außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 100A und 100B zwischen den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100A und den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100B geschaltet. Der Gate-Steuerungsanschluss 5 des Leistungshalbleitermoduls 100A und der Gate-Steuerungsanschluss 5 des Leistungshalbleitermoduls 100B sind über die Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 41 und den Treiberanschluss 42 elektrisch verbunden.
  • Dadurch wird ein LC-Parallelschwingkreis mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 des Leistungshalbleitermoduls 100A, der Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 41, dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 des Leistungshalbleitermoduls 100B und dem Kondensator 64 so gebildet, dass die im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 9 in jedem Modul und in der Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung 41 zur Verbindung der Leistungshalbleitermodule 100A und 100B auftretende Gate-Oszillation unterdrückt wird.
  • Im vorstehenden wird beschrieben, dass ein LC-Parallelschwingkreis als Filter gebildet wird, indem der Kondensator 64 zwischen den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100A und den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100B geschaltet wird. Ähnlich wie beim in 10 oder 12 dargestellten Filter kann jedoch ein Widerstand parallel zum Kondensator 64 zu einem LCR-Parallelschwingkreis geschaltet werden, oder ein Filter kann durch Verwendung eines Halbleiterschaltelements anstelle des Kondensators 64 gebildet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann durch Schalten des Kondensators 64 zwischen den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100A und den Filteranschluss 23 des Leistungshalbleitermoduls 100B ein Filter außerhalb des Moduls vorgesehen und eingestellt werden, um die zwischen den Modulen auftretenden Schwingungen zu unterdrücken und die Gate-Oszillation in jedem Modul zu reduzieren. Weiterhin kann gemäß der vierten Ausführungsform auf den Gate-Widerstand verzichtet oder dieser minimiert werden, wodurch verhindert werden kann, dass die Schaltgeschwindigkeit durch den Gate-Widerstand gesenkt wird.
  • Ausführungsform 5
  • In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Leistungshalbleitermodul als sogenanntes 1-in-1-Modul ausgebildet, das eine Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterschaltelementen und dementsprechend eine Vielzahl von Freilaufdioden aufweist. In der fünften Ausführungsform ist das Leistungshalbleitermodul als sogenanntes 2-in-1-Modul ausgebildet, das einen oberen Zweig und einen in Reihe geschalteten unteren Zweig besitzt. Jeder Zweig besteht aus einer Vielzahl von parallel arbeitenden Halbleiterschaltelementen und einer Vielzahl von Freilaufdioden.
  • 24 ist eine Draufsicht, die die innere Konfiguration des Leistungshalbleitermoduls gemäß der fünften Ausführungsform schematisch darstellt. Wie in 24 gezeigt, besitzt das Leistungshalbleitermodul 500 eine Grundplatte 501, ein Gehäuse 502, eine positive Elektrode 503, eine negative Elektrode 504 und eine Wechselstrom-Elektrode 550. Die positive Elektrode 503, die negative Elektrode 504 und die Wechselstrom-Elektrode 550 sind zur Außenseite des Gehäuses 502 offen und mit einer positiven Elektroden-Bus-Schiene, einer negativen Elektroden-Bus-Schiene und einer Wechselstrom Bus-Schiene verbunden (in der Abbildung ist keine dargestellt).
  • Das Leistungshalbleitermodul 500 besitzt weiterhin ein Isoliersubstrat 520, ein Kollektor-Verdrahtungsmuster 507, ein Wechselstrom-Verdrahtungsmuster 551, ein Emitter-Verdrahtungsmuster 508, Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 und 559, ein Wechselstrom-Steuerungsverdrahtungsmuster 510, ein Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster 560, Halbleiterschaltelemente 516 A, 516 B, 566 A und 566 B, und Freilaufdioden 517A, 517B, 567A und 567B.
  • Das Leistungshalbleitermodul 500 ist ein 2-in-1-Modul mit einem oberen Zweig und einem in Reihe geschalteten unteren Zweig im Gehäuse 502. Insbesondere ist der obere Zweig aus den parallel geschalteten Halbleiterschaltelementen 516A und 516B und den entsprechenden Freilaufdioden 517A und 517B, der untere Zweig aus den parallel geschalteten Halbleiterschaltelementen 566A und 566B und den entsprechenden Freilaufdioden 567A und 567B gebildet und der obere Zweig und der untere Zweig sind in Reihe geschaltet.
  • Die Konfiguration jedes der Halbleiterschaltelemente 516A, 516B, 566A und 566B ist die gleiche wie die der Halbleiterschaltelemente 16A (16B) in jeder der obigen Ausführungsformen, und die Konfiguration jeder der Freilaufdioden 517A, 517B, 567A und 567B ist die gleiche wie die der Freilaufdiode 17A (17B) bei jeder der obigen Ausführungsformen.
  • Das Leistungshalbleitermodul 500 besitzt weiterhin Gate-Steuerungsanschlüsse 505 und 555, einen Wechselstrom-Steueranschluss 506 und einen Emitter-Steuerungsanschluss 556. Jeder dieser Anschlüsse wird auf dem Gehäuse 502 durch Spritzgießen im Insert-Verfahren oder Spritzgießen im Outsert-Verfahren gebildet. Der Gate-Steuerungsanschluss 505 ist über eine Leitung 514 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 verbunden und der Wechselstrom-Steueranschluss 506 ist über eine Leitung 515 mit dem Wechselstrom-Steuerungsverdrahtungsmuster 510 verbunden. Der Gate-Steuerungsanschluss 555 ist über eine Leitung 564 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 und der Emitter-Steuerungsanschluss 556 über eine Leitung 565 mit dem Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster 560 verbunden.
  • Das Leistungshalbleitermodul 500 gemäß der fünften Ausführungsform besitzt weiterhin die Filteranschlüsse 523 und 573 zur Bildung eines Filters, der außerhalb des Gehäuses so eingestellt werden kann, dass die Gate-Oszillation unterdrückt wird. Die Filteranschlüsse 523 und 573 werden auf dem Gehäuse 502 durch Spritzgießen im Insert-Verfahren oder Spritzgießen im Outsert-Verfahren zusammen mit den anderen Anschlüssen gebildet.
  • Der Filteranschluss 523 ist über eine Leitung 524 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 verbunden. Dadurch kann ein Filter für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 des oberen Zweigs gebildet werden, indem ein Kondensator (nicht dargestellt) zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 505 und dem Filteranschluss 523 außerhalb des Gehäuses 502 angeschlossen wird.
  • Weiterhin ist der Filteranschluss 573 über eine Leitung 574 mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 verbunden. Dadurch kann ein Filter für das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 des unteren Zweigs gebildet werden, indem ein Kondensator (nicht dargestellt) zwischen den Gate-Steuerungsanschluss 555 und den Filteranschluss 573 außerhalb des Gehäuses 502 geschaltet wird.
  • 25 ist eine äquivalente Schaltung, die den elektrischen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls 500 gemäß der fünften Ausführungsform darstellt. Wie in 25 gezeigt, ist das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 des oberen Zweigs über eine Leitung 514 mit dem Gate-Steuerungsanschluss 505 und über eine Leitung 524 mit dem Filteranschluss 523 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Filteranschluss 523 so mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 verbunden, dass ein mit dem Gate-Steuerungsanschluss 505 und dem Filteranschluss 523 am Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 elektrisch verbundener Bereich mindestens einen Teil eines mit den Gates der Halbleiterschaltelemente 516A und 516B im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 elektrisch verbundenen Bereichs überlappt. Weiterhin ist ein Kondensator 531 zwischen den Gate-Steuerungsanschluss 505 und den Filteranschluss 523 außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 500 geschaltet, wodurch ein LC-Parallelschwingkreis durch die Kapazität des Kondensators 531 und die Induktivität des Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 gebildet wird, um die im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 509 auftretende Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • Ebenso ist das Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 des unteren Zweigs über eine Leitung 564 mit dem Gate-Steuerungsanschluss 555 und über eine Leitung 574 mit dem Filteranschluss 573 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Filteranschluss 573 so mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 verbunden, dass ein mit dem Gate-Steuerungsanschluss 555 und dem Filteranschluss 573 im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 elektrisch verbundener Bereich mindestens einen Teil eines mit den Gates der Halbleiterschaltelemente 566A und 566B im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 elektrisch verbundenen Bereichs überlappt. Weiterhin wird ein Kondensator 581 zwischen den Gate-Steuerungsanschluss 555 und den Filteranschluss 573 außerhalb des Leistungshalbleitermoduls 500 geschaltet, wodurch ein LC-Parallelschwingkreis durch die Kapazität des Kondensators 581 und die Induktivität des Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 gebildet wird, um die im Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster 559 auftretende Gate-Oszillation zu unterdrücken.
  • Obwohl in den Zeichnungen nicht besonders dargestellt, kann in der fünften Ausführungsform, ähnlich wie in den 10 und 12 beschrieben, ein Widerstand zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 505 und dem Filteranschluss 523 zusätzlich zum Kondensator 531 oder ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 505 und dem Filteranschluss 523 anstelle des Kondensators 531 angeschlossen werden. Ebenso kann ein Widerstand zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 555 und dem Filteranschluss 573 zusätzlich zum Kondensator 581 oder ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement zwischen dem Gate-Steuerungsanschluss 555 und dem Filteranschluss 573 als Ersatz für den Kondensator 581 angeschlossen werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der fünften Ausführungsform auch in einem 2-in-1-Leistungshalbleitermodul ein Filter außerhalb des Moduls vorgesehen und eingestellt werden, um die Gate-Oszillation zwischen den Halbleiterschaltelementen 516A und 516B, die den oberen Zweig bilden, und die Gate-Oszillation zwischen den Halbleiterschaltelementen 566A und 566B, die den unteren Zweig bilden, zu unterdrücken.
  • Bei dem 2-in-1-Leistungshalbleitermodul der fünften Ausführungsform können wie bei der Abwandlung der ersten Ausführungsform ein bestehender Gate-Steuerungsanschluss nicht verwendet werden und stattdessen eine Vielzahl von Filteranschlüssen vorgesehen und verwendet werden.
  • Weiterhin kann in dem vorstehend beschriebenen 2-in-1-Modul ein Filter für das Kollektor-Verdrahtungsmuster gebildet werden, um wie in der zweiten Ausführungsform die Oszillation zu unterdrücken und ein Filter kann für das Emitter-Verdrahtungsmuster gebildet werden, um wie in der dritten Ausführungsform die Oszillation zu unterdrücken. Zusätzlich kann ein Filter für das Wechselstrom-Verdrahtungsmuster gebildet werden, um die Oszillation zu unterdrücken.
  • Darüber hinaus kann in der vierten Ausführungsform jedes der Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen, die die Leistungshalbleitervorrichtung bilden, aus einem 2-in-1-Modul bestehen.
  • In jeder der oben genannten Ausführungsformen wird beschrieben, dass die Halbleiterschaltelemente 16A, 16B, 516A, 516B, 516B, 566A, 566B und die Freilaufdioden 17A, 17B, 517A, 517B, 517B, 567A, 567B jeweils aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke bestehen, die vorliegende Erfindung ist nicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit einem Halbleiter mit großer Bandlücke beschränkt, das Leistungshalbleitermodul kann aus konventionellen siliziumbasierten Halbleiterelementen bestehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 501
    Grundplatte
    2,502
    Gehäuse
    3, 503
    positive Elektrode
    4, 504
    negative Elektrode
    5, 505, 555
    Gate-Steuerungsanschluss (externer Anschluss)
    6, 556
    Emitter-Steuerungsanschluss (externer Anschluss)
    7, 507
    Kollektor-Verdrahtungsmuster
    8,508
    Emitter-Verdrahtungsmuster
    9, 509, 559
    Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster
    10, 560
    Emitter-Steuerungsverdrahtungsmuster
    11A, 11B
    Emitterleitung
    12A, 12B
    Gate-Steuerungsleitung
    13A, 13B
    Emitter-Steuerungsleitung
    14, 15, 24, 26, 28, 30, 32, 34
    Leitung
    16A, 16B, 516A, 516B, 566A, 566B
    Halbleiterschaltelement
    17A, 17B, 517A, 517B, 567A, 567B
    Freilaufdiode
    18,22
    Lot
    19
    Verdrahtungsmuster
    20
    Isoliersubstrat
    21
    Rückseitenmuster
    23, 25, 29, 33, 523, 573
    Filteranschluss
    27
    Kollektor-Fühleranschluss
    31
    Emitter-Fühleranschluss
    35, 38
    Bus-Schiene
    36A, 36B, 39A, 39B
    Bolzen/Schraube
    37,40
    Anschluss
    41
    Treiber-Gate-Steuerungsverdrahtung
    42,44
    Treiberanschluss
    43
    Treiber-Emitter-Steuerungsverdrahtung
    64, 531, 581
    Kondensator
    65, 68
    Widerstand
    66
    Halbleiterschaltelement
    67
    Gleichrichter-Halbleiterelement
    100, 100A, 100B, 200, 300, 400, 500
    Leistungshalbleitermodul
    506
    Wechselstrom-Steueranschluss
    510
    Wechselstrom-Steuerungsverdrahtungsmuster
    550
    Wechselstrom-Elektrode
    551
    Wechselstrom-Verdrahtungsmuster

Claims (14)

  1. Leistungshalbleitermodul (100, 200, 500), das Folgendes aufweist: - eine erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B), die zum parallelen Arbeiten geschaltet sind; - ein Isoliersubstrat (20), das ein Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) aufweist, - ein Gehäuse (2, 502), in dem das Isoliersubstrat (20) und die erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B) angeordnet sind; - ein einen ersten Filter bildendes Element (64), das außerhalb des Gehäuses (2, 502) angeordnet ist; und - einen ersten externen Anschluss (23) und einen zweiten externen Anschluss (5, 25), die am Gehäuse (2, 502) gebildet sind und die mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) verbunden sind, das durch entsprechende Anschlüsse der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B) verbunden ist, und - wobei der erste und der zweite externe Anschluss (23, 5, 25) über das erste einen Filter bildende Element (64) miteinander verbunden sind, um das erste einen Filter bildendes Element (64) elektrisch mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) zu verbinden, - wobei jedes der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B) ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement ist, und - wobei jeder der jeweiligen Anschlüsse ein Gate ist, - wobei der erste externe Anschluss (23) und der zweite externe Anschluss (5, 25) elektrisch mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) derart verbunden sind, dass ein Bereich (L3), der den ersten externen Anschluss (23) und den zweiten externen Anschluss (5, 25) in dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) elektrisch verbindet, mindestens einen Teil eines Bereichs (L1) überlappt, der die jeweiligen Anschlüsse in dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) elektrisch verbindet.
  2. Leistungshalbleitermodul (100), das Folgendes aufweist: - eine erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B), die zum parallelen Arbeiten geschaltet sind; ein Isoliersubstrat (20), das ein Emitter-(8) und/oder Kollektor-Verdrahtungsmuster (7) aufweist, - ein Gehäuse (2), in dem das Isoliersubstrat (20) und die erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B) angeordnet sind; - ein einen ersten Filter bildendes Element (64), das außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist; und - eine positive Elektrode (3) und eine negative Elektrode (4), die zur Außenseite des Gehäuses (2) hin offen und mit einer positiven Elektroden-Bus-Schiene bzw. einer negativen Elektroden-Bus-Schiene verbunden sind, sowie - einen ersten externen Anschluss (29, 33) und einen zweiten externen Anschluss (27, 31) als Filteranschlüsse, wobei der erste und der zweite externe Anschluss (29, 33, 27, 31) am Gehäuse (2) gebildet sind und mit dem Emitter-(8) und/oder Kollektor-Verdrahtungsmuster (7) verbunden sind, die durch entsprechende Anschlüsse der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B) verbunden ist, und, - wobei der erste und der zweite externe Anschluss (29, 33, 27, 31) über das einen Filter bildende Element (64) miteinander verbunden sind, um das erste einen Filter bildende Element (64), elektrisch mit dem Emitter-(8) und/oder Kollektor-Verdrahtungsmuster (7) zu verbinden, - wobei jedes der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B) ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement ist, und - wobei jeder der jeweiligen Anschlüsse ein Kollektor oder ein Emitter ist, - wobei der erste externe Anschluss (29, 33) und der zweite externe Anschluss (27, 31) elektrisch mit dem Emitter-(8) und/oder Kollektor-Verdrahtungsmuster (7) derart verbunden sind, dass ein Bereich (L3), der den ersten externen Anschluss (29, 33) und den zweiten externen Anschluss (27, 31) in dem Emitter-(8) und/oder Kollektor-Verdrahtungsmuster (7) elektrisch verbindet, mindestens einen Teil eines stromführenden Bereichs in dem Emitter-(8) und/oder Kollektor-Verdrahtungsmuster (7) einschließt, wenn die erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B) parallel arbeitet.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste einen Filter bildende Element (64) ferner einen Kondensator (64) aufweist, der zwischen dem ersten externen Anschluss und dem zweiten externen Anschluss außerhalb des Gehäuses (2, 502) elektrisch verbunden ist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, wobei das erste einen Filter bildende Element ferner einen Widerstand (68) aufweist, der mit dem Kondensator (64) außerhalb des Gehäuses (2, 502) elektrisch in Reihe geschaltet ist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 3, wobei das erste einen Filter bildende Element ferner einen Widerstand (65) aufweist, der außerhalb des Gehäuses (2, 502) zu dem Kondensator (64) elektrisch parallelgeschaltet ist.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste einen Filter bildende Element ferner ein Gleichrichter-Halbleiterelement (67) aufweist, das zwischen dem ersten externen Anschluss und dem zweiten externen Anschluss außerhalb des Gehäuses (2, 502) elektrisch angeordnet ist.
  7. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 6, wobei das erste einen Filter bildende Element ferner einen Widerstand (65) aufweist, der außerhalb des Gehäuses (2, 502) zu dem Gleichrichter-Halbleiterelement (67) elektrisch parallelgeschaltet ist.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste einen Filter bildende Element ferner ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement (66) aufweist, das zwischen dem ersten externen Anschluss und dem zweiten externen Anschluss außerhalb des Gehäuses (2, 502) elektrisch angeordnet ist.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8, wobei das erste einen Filter bildende Element ferner einen Widerstand (65) aufweist, der außerhalb des Gehäuses (2, 502) zu dem Halbleiterschaltelement (66) elektrisch parallelgeschaltet ist.
  10. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8, wobei das erste einen Filter bildende Element ferner einen Widerstand (68) aufweist, der mit dem Halbleiterschaltelement (66) außerhalb des Gehäuses (2, 502) elektrisch in Reihe geschaltet ist.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jedes der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B, 516A, 516B) durch einen Halbleiter mit großer Bandlücke gebildet wird.
  12. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 11, wobei der Halbleiter mit großer Bandlücke Siliziumkarbid, Galliumnitrid, Galliumoxid oder Diamant ist.
  13. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der ferner Folgendes aufweist: - eine zweite Vielzahl von Halbleiterelementen (566A, 566B), die zum parallelen Arbeiten geschaltet sind; und - ein zweites einen Filter bildendes Element (581), das außerhalb des Gehäuses (502) vorgesehen ist, wobei - das Gehäuse (502) ausgebildet ist, um weiterhin die zweite Vielzahl von Halbleiterelementen (566A, 566B) aufzunehmen, - wobei die erste Vielzahl von Halbleiterelementen (516A, 516B) einen oberen Zweig bildet, die zweite Vielzahl von Halbleiterelementen (566A, 566B) einen unteren Zweig bildet und wobei das Leistungshalbleitermodul ferner einen dritten externen Anschluss (673) und einen vierten externen Anschluss (555) aufweist, die mit einer zweiten internen Verdrahtung (559) verbunden sind, die durch entsprechende Anschlüsse der zweiten Vielzahl von Halbleiterelementen (566A, 566B) verbunden und ausgebildet ist, um das zweite, einen Filter bildende Element (581), elektrisch mit der zweiten internen Verdrahtung (599) zu verbinden, wobei - jedes der zweiten Vielzahl von Halbleiterelementen (566A, 566B) ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement ist, und - wobei jeder der jeweiligen Anschlüsse ein Gate ist, - der dritte externe Anschluss (573) und der vierte externe Anschluss (555) elektrisch mit der zweiten internen Verdrahtung (559) verbunden sind, so dass ein Bereich, der den dritten externen Anschluss (573) und den vierten externen Anschluss (555) in der zweiten internen Verdrahtung (559) elektrisch verbindet mindestens einen Teil eines Bereichs (L1) überlappt, der die jeweiligen Anschlüsse in der ersten Verdrahtung (559) elektrisch verbindet.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung, die Folgendes aufweist: ein erstes Leistungshalbleitermodul (100A) und ein zweites Leistungshalbleitermodul (100B), die zum parallelen Arbeiten geschaltet sind; wobei das erste Leistungshalbleitermodul (100A) und das zweite Leistungshalbleitermodul (100B) Folgendes aufweisen: - eine erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B), die zum parallelen Arbeiten geschaltet sind; - ein Isoliersubstrat (20), das ein Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) aufweist, - ein Gehäuse (2), in dem das Isoliersubstrat (20) und die erste Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B) angeordnet sind; und - einen ersten externen Anschluss (23) und einen zweiten externen Anschluss (5), die am Gehäuse (2) gebildet sind und die mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) verbunden sind, das durch entsprechende Anschlüsse der Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B) verbunden ist, - wobei jedes der ersten Vielzahl von Halbleiterelementen (16A, 16B) ein Lichtbogen-selbstlöschendes Halbleiterschaltelement ist, und - wobei jeder der jeweiligen Anschlüsse ein Gate ist, - wobei der erste externe Anschluss (23) und der zweite externe Anschluss (5) elektrisch mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) derart verbunden sind, dass ein Bereich (L3), der den ersten externen Anschluss (23) und den zweiten externen Anschluss (5) in dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) elektrisch verbindet, mindestens einen Teil eines Bereichs (L1) überlappt, der die jeweiligen Anschlüsse in dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) elektrisch verbindet, - wobei ein einen Filter bildendes Element (64) außerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, und wobei der erste externe Anschluss (23) des ersten Leistungshalbleitermoduls (100A) und der erste externe Anschluss (23) des zweiten Leistungshalbleitermoduls (100B) über das einen Filter bildende Element (64) miteinander verbunden sind, um das einen Filter bildendes Element (64) elektrisch mit dem Gate-Steuerungsverdrahtungsmuster (9) zu verbinden.
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