DE112020007225T5 - Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungseinrichtung, sich bewegender Körper und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung, Leistungsumwandlungseinrichtung, sich bewegender Körper und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technik bereitzustellen, die imstande ist, eine Verschiebung einer elektronischen Komponente und einer Lötmetallkugel ohne Verwendung einer Spannvorrichtung zu unterdrücken. Eine Halbleitervorrichtung umfasst ein Isoliersubstrat, eine elektronische Komponente und ein Lötmetall. Eine Metallstruktur und ein Halbleiterelement sind auf dem Isoliersubstrat angeordnet. Die Metallstruktur weist eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung auf, die nebeneinander angeordnet sind. Ein Teil der elektronischen Komponente ist in der ersten Vertiefung angeordnet. Das Lötmetall verbindet die auf dem Isoliersubstrat angeordnete Metallstruktur und die elektronische Komponente.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, eine Leistungsumwandlungseinrichtung, einen sich bewegenden Körper und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung.
  • Hintergrundtechnik
  • In einem Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung wird in einigen Fällen eine elektronische Komponente mit einer auf einem Isoliersubstrat angeordneten Metallstruktur elektrisch verbunden, nachdem die elektronische Komponente mit der Metallstruktur ausgerichtet ist. Bevor die Metallstruktur und die elektronische Komponente verbunden werden, kann sich jedoch die elektronische Komponente beispielsweise infolge des Transports des Isoliersubstrats in einer Richtung in der Ebene eines Isoliersubstrats bewegen und kann eine Verschiebung der elektronischen Komponente auftreten. In diesem Fall besteht das Problem, dass die elektronische Komponente wieder ausgerichtet werden muss.
  • Um solch ein Problem zu lösen, schlägt Patentdokument 1 eine Technik vor, um eine Bewegung einer elektronischen Komponente durch eine Seitenwand einer dicken Metallstruktur zu regulieren bzw. zu steuern.
  • Dokument nach dem Stand der Technik
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 11-345969 (1999)
  • Zusammenfassung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • In den letzten Jahren wurde vorgeschlagen, als Bonding-Bauteil, um eine Metallstruktur und eine elektronische Komponente elektrisch zu verbinden, eine Lötmetallkugel zu verwenden, deren Gebrauchsmenge einfach zu handhaben ist. Da jedoch eine kugelförmige Lötmetallkugel leicht zu rollen ist, kann die Verwendung einer Lötmetallkugel in einer Konfiguration einer herkömmlichen Technik eine Verschiebung der Lötmetallkugel, bevor die Lötmetallkugel schmilzt, zur Folge haben. Daher besteht das Problem, dass eine Spannvorrichtung, um eine Verschiebung der Lötmetallkugel zu unterdrücken, erforderlich ist.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme geschaffen, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Technik bereitzustellen, die imstande ist, eine Verschiebung einer elektronischen Komponente und einer Lötmetallkugel ohne Verwendung einer Spannvorrichtung zu unterdrücken.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein Isoliersubstrat, auf dem eine Metallstruktur mit einer ersten Vertiefung und einer zweiten Vertiefung, die nebeneinander angeordnet sind, und ein Halbleiterelement angeordnet sind; eine elektronische Komponente, die teilweise in der ersten Vertiefung angeordnet ist; und ein Lötmetall, das die Metallstruktur und die elektronische Komponente verbindet.
  • Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann, da die Metallstruktur die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung aufweist, eine Verschiebung der elektronischen Komponente und der Lötmetallkugel ohne Verwendung einer Spannvorrichtung unterdrückt werden.
  • Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlicher werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, um einen Herstellungsprozess einer verwandten Halbleitervorrichtung zu erläutern.
    • 2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht, um den Herstellungsprozess der verwandten Halbleitervorrichtung zu erläutern.
    • 3 ist eine perspektivische Querschnittsansicht, um den Herstellungsprozess der verwandten Halbleitervorrichtung zu erläutern.
    • 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht, um den Herstellungsprozess der verwandten Halbleitervorrichtung zu erläutern.
    • 5 ist eine perspektivische Querschnittsansicht, um einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zu erläutern.
    • 6 ist eine perspektivische Querschnittsansicht, um den Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zu erläutern.
    • 7 ist eine perspektivische Querschnittsansicht, um den Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zu erläutern.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
    • 10 ist ein Blockdiagramm, das einen sich bewegenden Körper gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden hierin Ausführungsformen mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Ausführungsformen beschriebene Merkmale sind Beispiele, und nicht alle Merkmale sind wesentlich. In der folgenden Beschreibung werden ähnliche Bestandteilelemente in einer Vielzahl von Ausführungsformen mit identischen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen und werden vorwiegend unterschiedliche Bestandteilelemente beschrieben. Außerdem müssen in der folgenden Beschreibung spezifische Positionen und Richtungen wie etwa „oberer“, „unterer“, „links“, „rechts“, „vorne“ und „hinten“ nicht notwendigerweise mit Richtungen in einer tatsächlichen Realisierung übereinstimmen.
  • <Verwandte Halbleitervorrichtung>
  • Bevor eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben wird, wird zunächst ein Herstellungsprozess einer mit der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwandten Halbleitervorrichtung (worauf hier im Folgenden als „verwandte Halbleitervorrichtung“ verwiesen wird) beschrieben. Man beachte, dass die verwandte Halbleitervorrichtung beispielsweise eine Leistungs-Halbleitervorrichtung ist.
  • 1 ist eine Draufsicht, um einen Positionierschritt in einem Herstellungsprozess der verwandten Halbleitervorrichtung zu erläutern. 2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines durch einen gepunkteten Rahmen A in 1 angegebenen Teilbereichs vor dem Positionierschritt.
  • Bevor der Positionierschritt der verwandten Halbleitervorrichtung durchgeführt wird, wird ein Isoliersubstrat 1 präpariert, auf dem eine Metallstruktur 2 wie in 2 veranschaulicht angeordnet wird. Die Metallstruktur 2 weist zwei voneinander getrennte Teilbereiche auf, und zwei Lötmetallresiste 3 sind jeweils auf den beiden Teilbereichen angeordnet. Die Lötmetallresiste 3 weisen als planare Form eine U-Form auf, deren Öffnungen einander zugewandt sind.
  • Ein oberer Teilbereich der Metallstruktur 2 ist hier im Wesentlichen flach, und eine als Bonding-Bauteil der Metallstruktur 2 verwendete Lötmetallkugel hat eine kugelförmige Form. Aus diesem Grund kann selbst in einem Fall, in dem die Lötmetallkugel an einer vorgesehenen Position auf der Metallstruktur 2, an der die Lötmetallkugel geschmolzen werden soll, platziert wird, die Lötmetallkugel aus der vorgesehenen Position versetzt werden, wenn das Isoliersubstrat 1 zu einer Reflow- bzw. Aufschmelzeinrichtung zum Schmelzen der Lötmetallkugel transportiert wird.
  • In Anbetracht dessen werden im Positionierschritt der verwandten Halbleitervorrichtung das Isoliersubstrat 1 und eine erste Spannvorrichtung 51 zum Positionieren des Isoliersubstrats 1 auf einer Basisplatte 8 wie etwa einem Kühlkörper in 1 nacheinander platziert und wird dann eine zweite Spannvorrichtung 52 in ein Loch der ersten Spannvorrichtung 51 eingepasst bzw. eingesetzt. Danach werden ein Halbleiter-Chip 4, der ein Halbleiterelement ist, eine elektronische Komponente 5 und eine kugelförmige Lötmetallkugel in ein Loch der zweiten Spannvorrichtung 52 eingesetzt.
  • 3 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines durch einen gepunkteten Rahmen A in 1 angegebenen Teilbereichs, nachdem das Einsetzen durchgeführt ist, und 4 ist eine Querschnittsansicht von 3. Man beachte, dass eine Metallstruktur 7 und ein Bonding-Bauteil 9 in 4 veranschaulicht sind. Die Metallstruktur 7 ist auf einer Oberfläche des Isoliersubstrats 1 angeordnet, die einer Oberfläche, auf der die Metallstruktur 2 angeordnet ist, entgegengesetzt ist. Das Bonding-Bauteil 9 ist beispielsweise ein Lötmetall und ist zwischen der Metallstruktur 7 und der Basisplatte 8 angeordnet.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, werden beide Enden der elektronischen Komponente 5 auf der Metallstruktur 2 so platziert, dass sie sich innerhalb der U-Formen der beiden Lötmetallresiste 3 befinden. Wie in 3 und 4 veranschaulicht ist, werden zwei Lötmetallkugeln 6a auf Teilbereichen der Metallstruktur 2 platziert, die nahe den beiden Enden der elektronischen Komponente 5 liegen.
  • Wie in 3 und 4 veranschaulicht ist, ist die zweite Spannvorrichtung 52 um die elektronische Komponente 5 und die Lötmetallkugeln 6a vorhanden. Dementsprechend wird durch die zweite Spannvorrichtung 52 eine Bewegung der zylindrischen elektronischen Komponente 5 und der kugelförmigen Lötmetallkugeln 6a in einer Richtung in der Ebene des Isoliersubstrats 1 eingeschränkt.
  • Im Herstellungsprozess der verwandten Halbleitervorrichtung werden nach dem Positionierschritt ein Transport des Isoliersubstrats 1 zu einer Aufschmelzeinrichtung und ein Aufschmelzschritt zum Schmelzen der Lötmetallkugeln 6a durchgeführt. Auf diese Weise wird aus den Lötmetallkugeln 6a ein Lötmetall gebildet, das beide Enden der elektronischen Komponente 5 und die beiden Teilbereiche der Metallstruktur 2 elektrisch verbindet. Infolgedessen sind die beiden Teilbereiche der Metallstruktur 2 mit der dazwischen angeordneten elektronischen Komponente 5 elektrisch verbunden.
  • Obgleich nicht veranschaulicht, wird in diesem Aufschmelzschritt der Halbleiter-Chip 4 ebenfalls mit der Metallstruktur 2 und anderen durch ein Bonding-Bauteil wie etwa Lötmetall elektrisch verbunden. Danach werden die erste Spannvorrichtung 51 und die zweite Spannvorrichtung 52 vom Isoliersubstrat 1 entfernt.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Herstellungsprozess der verwandten Halbleitervorrichtung kann eine Verschiebung der elektronischen Komponente 5 und der Lötmetallkugeln 6a in einem gewissen Maße unterdrückt werden. Jedoch besteht im Herstellungsprozess der verwandten Halbleitervorrichtung das Problem, dass die zweite Spannvorrichtung 52 für den dedizierten Zweck erforderlich ist. Außerdem besteht das Problem, dass die elektronische Komponente 5 und die Lötmetallkugeln 6a um einen einem Zwischenraum zwischen der zweiten Spannvorrichtung 52, der ersten Spannvorrichtung 51 und dem Isoliersubstrat 1 entsprechenden Betrag verschoben werden. Auf der anderen Seite können in den unten beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung derartige Probleme gelöst werden.
  • <Erste Ausführungsform>
  • 5 und 6 sind perspektivische Querschnittsansichten, um einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zu erläutern, und 7 ist eine Querschnittsansicht von 6. 5 bis 7 entsprechen jeweils 2 bis 4. Unter den Bestandteilelementen gemäß der ersten Ausführungsform werden hier im Folgenden Bestandteilelemente, die mit den oben beschriebenen Bestandteilelementen identisch oder diesen ähnlich sind, mit identischen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen und werden vorwiegend unterschiedliche Bestandteilelemente beschrieben.
  • Vor einem Positionierschritt der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform wird ein Isoliersubstrat 1 präpariert, auf dem eine Metallstruktur 2 mit einer ersten Vertiefung 2a und einer zweiten Vertiefung 2b wie in 5 veranschaulicht angeordnet wird. Die erste Vertiefung 2a wird beispielsweise durch Ätzen der Metallstruktur 2 an einer vorgesehenen Position der elektronischen Komponente 5 ausgebildet. Die zweite Vertiefung 2b wird beispielsweise durch Ätzen der Metallstruktur 2 an einer vorgesehenen Position einer Lötmetallkugel 6a ausgebildet und neben der ersten Vertiefung 2a angeordnet.
  • Wie in 7 veranschaulicht ist, sind in der ersten Ausführungsform Innenwände der ersten Vertiefung 2a und der zweiten Vertiefung 2b geneigt und weisen die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b Querschnittsformen auf, die sich in Richtung einer Öffnung der ersten Vertiefung 2a bzw. einer Öffnung der zweiten Vertiefung 2b erweitern. Wie in 5 veranschaulicht ist, sind in der ersten Ausführungsform die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b voneinander getrennt.
  • Eine Öffnungsform der ersten Vertiefung 2a in Draufsicht ist im Beispiel von 5 eine U-Form, ist aber nicht auf diese beschränkt. Eine Öffnungsform der zweiten Vertiefung 2b in Draufsicht ist im Beispiel von 5 eine viereckige Form, ist aber nicht auf diese beschränkt und kann beispielweise eine Kreisform sein.
  • Ein Lötmetallresist 3 wird auf der Metallstruktur 2 angeordnet und hat eine planare Form, die die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b umgibt. Im Beispiel von 5 hat das Lötmetallresist 3 eine U-förmige planare Form, die die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b umgibt; die planare Form des Lötmetallresists 3 ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • Wie in 6 und 7 veranschaulicht ist, wird ein Teil der elektronischen Komponente 5 in die erste Vertiefung 2a eingesetzt und wird ein Teil der Lötmetallkugel 6a in die zweite Vertiefung 2b eingesetzt. Infolgedessen wird eine Verschiebung der zylindrischen elektronischen Komponente 5 durch die Innenwand der ersten Vertiefung 2a unterdrückt und wird eine Verschiebung der kugelförmigen Lötmetallkugel 6a durch die Innenwand der zweiten Vertiefung 2b unterdrückt.
  • Danach wird das Isoliersubstrat 1 zu einer Aufschmelzeinrichtung transportiert und wird ein Aufschmelzschritt zum Schmelzen der Lötmetallkugel 6a durchgeführt. Durch diesen Schmelzvorgang wird ein Lötmetall zum Verbinden der Metallstruktur 2 und der elektronischen Komponente 5 gebildet.
  • Man beachte, dass ein Halbleiter-Chip 4 auf dem Isoliersubstrat 1 vor, nach oder zwischen dem Positionierschritt und dem Schmelzschritt, die oben beschrieben wurden, angeordnet wird. Beispielsweise wird der Halbleiter-Chip 4 mit der Metallstruktur 2 und letztendlich der elektronischen Komponente 5 durch ein Bonding-Bauteil wie etwa Lötmetall elektrisch verbunden.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die die Halbleitervorrichtung nach dem Aufschmelzschritt gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht und entspricht 7. Wie oben beschrieben wurde, umfasst die Halbleitervorrichtung von 8 das Isoliersubstrat 1, auf dem die Metallstruktur 2 mit der ersten Vertiefung 2a und der zweiten Vertiefung 2b angeordnet ist, und die teilweise in der ersten Vertiefung 2a angeordnete elektronische Komponente 5. Die Halbleitervorrichtung von 8 weist ein durch Schmelzen der Lötmetallkugel 6a gebildetes Lötmetall 6 auf.
  • Das Lötmetall 6 verbindet beide Enden der elektronischen Komponente 5 und die beiden Teilbereiche der Metallstruktur 2 elektrisch. In der ersten Ausführungsform ist ein Teil des Lötmetalls 6 in der zweiten Vertiefung 2b angeordnet. Gemäß solch einer Konfiguration kann eine Kontaktfläche zwischen dem Lötmetall 6 und der Metallstruktur 2 vergrößert werden, und daher ist es möglich, ein Ablösen des Lötmetalls 6 von der Metallstruktur 2 zu unterdrücken und die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung zu erhöhen.
  • Wie oben beschrieben wurde, weisen darüber hinaus in der ersten Ausführungsform die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b Querschnittsformen auf, die sich in Richtung der Öffnung der ersten Vertiefung 2a bzw. der Öffnung der zweiten Vertiefung 2b erweitern. Gemäß solch einer Konfiguration ist es möglich, eine Positionsabweichung und Neigung der elektronischen Komponente 5 und der Lötmetallkugel 6a vor dem Aufschmelzschritt zu unterdrücken, und daher ist es möglich, die Bonding-Fähigkeit des Lötmetalls 6 zu steigern. Da die Innenwand der zweiten Vertiefung 2b geneigt ist, kann außerdem das Lötmetall, das gerade schmilzt, entlang der Innenwand leicht zur elektronischen Komponente 5 strömen. Infolgedessen kann die Bonding-Fähigkeit des Lötmetalls 6 verbessert werden und kann daher die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung erhöht werden.
  • In der ersten Ausführungsform wie oben beschrieben weist das Lötmetallresist 3 eine planare Form auf, die die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b umgibt. Gemäß solch einer Konfiguration kann eine Benetzungsfläche des Lötmetalls, das gerade schmilzt, begrenzt werden und kann daher das Lötmetall leicht zur elektronischen Komponente 5 strömen. Infolgedessen können die Form und die Dicke einer Hohlkehle (engl.: fillet) gewährleistet werden, und daher ist es möglich, die Bonding-Fähigkeit des Lötmetalls 6 zu verbessern und die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung zu erhöhen.
  • Falls die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b nicht voneinander getrennt sind, nimmt man an, dass das Lötmetall, das gerade schmilzt, in einigen Fällen von der zweiten Vertiefung 2b entlang der ersten Vertiefung 2a zu einem Raum unter der elektronischen Komponente 5 strömt. In diesem Fall nimmt man an, dass die zwei getrennten Teilbereiche der Metallstruktur 2 durch das Lötmetall verbunden werden und in einigen Fällen ein Kurzschluss auftritt. Auf der anderen Seite kann in der ersten Ausführungsform, da die erste Vertiefung 2a und die zweite Vertiefung 2b wie oben beschrieben voneinander getrennt sind, solch ein Kurzschluss unterdrückt werden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Ein Leistungswandler gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Hauptumwandlungsschaltung, die die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthält. Ein Fall, in dem die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform für einen Dreiphasen-Inverter verwendet wird, wird unten als die zweite Ausführungsform beschrieben, obgleich die oben beschriebene Halbleitervorrichtung nicht auf eine spezifische Leistungsumwandlungseinrichtung beschränkt ist.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, für das die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird.
  • Das in 9 veranschaulichte Leistungsumwandlungssystem umfasst eine Stromversorgung 100, eine Leistungsumwandlungseinrichtung 200 und eine Last 300. Die Stromversorgung 100 ist eine DC-Stromversorgung und stellt der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 DC-Leistung bereit. Bei der Stromversorgung 100 kann es sich um irgendeine von verschiedenen Stromversorgungen handeln und kann es sich beispielsweise um ein DC-System, eine Solarzelle oder eine wiederaufladbare Batterie handeln oder kann es sich um eine Gleichrichterschaltung oder einen mit einem AC-System verbundenen AC/DC-Wandler handeln. Alternativ dazu kann die Stromversorgung 100 ein DC/DC-Wandler sein, der von einem DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umwandelt.
  • Die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 ist ein Dreiphasen-Inverter, der zwischen die Stromversorgung 100 und die Last 300 geschaltet ist, wandelt von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt der Last 300 die AC-Leistung bereit. Wie in 9 veranschaulicht ist, enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 eine Hauptumwandlungsschaltung 201, die DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt und die AC-Leistung abgibt, eine Ansteuerungsschaltung 202, die ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern jedes Schaltelements der Hauptumwandlungsschaltung 201 abgibt, und eine Steuerungsschaltung 203, die ein Steuerungssignal zum Steuern der Ansteuerungsschaltung 202 an die Ansteuerungsschaltung 202 abgibt.
  • Die Last 300 ist Dreiphasen-Elektromotor, der durch die von der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf eine spezifische Anwendung beschränkt und ist ein an verschiedenen elektrischen Vorrichtungen montierter Elektromotor und wird beispielsweise als Elektromotor für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Lift oder eine Klimaanlage genutzt.
  • Im Folgenden werden Details der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält ein Schaltelement und eine Freilaufdiode (nicht veranschaulicht), wandelt durch Schalten des Schaltelements von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt der Last 300 die AC-Leistung bereit. Obgleich verschiedene Konfigurationen als spezifische Schaltungskonfigurationen der Hauptumwandlungsschaltung 201 zur Verfügung stehen, ist die Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus und kann sechs Schaltelemente und sechs, mit den jeweiligen Schaltelementen antiparallel verbundene Freilaufdioden umfassen. Bei jedem Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 handelt es sich um die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Je zwei der sechs Schaltelemente sind in Reihe geschaltet, um obere und untere Arme auszubilden, und die oberen und unteren Arme bilden Phasen (eine U-Phase, eine V-Phase, eine W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ausgangsanschlüsse der oberen und unteren Arme, das heißt drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumwandlungsschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
  • Die Ansteuerungsschaltung 202 erzeugt ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 und stellt das Ansteuerungssignal Steuerungselektroden der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 bereit. Konkret gibt die Ansteuerungsschaltung 202 gemäß einem Steuerungssignal von der Steuerungsschaltung 203, die später beschrieben wird, ein Ansteuerungssignal zum Einschalten der Schaltelemente und ein Ansteuerungssignal zum Ausschalten der Schaltelemente an die Steuerungselektroden der Schaltelemente ab. Falls die Schaltelemente in einem EIN-Zustand gehalten werden, ist das Ansteuerungssignal ein Spannungssignal (EIN-Signal), das gleich einer oder höher als eine Schwellenspannung der Schaltelemente ist, und, falls die Schaltelemente in einem AUS-Zustand gehalten werden, ist das Ansteuerungssignal ein Spannungssignal (AUS-Signal), das gleich der oder niedriger als die Schwellenspannung der Schaltelemente ist.
  • Die Steuerungsschaltung 203 steuert die Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 so, dass der Last 300 eine gewünschte Leistung bereitgestellt wird. Konkret berechnet die Steuerungsschaltung 203 eine Zeit (EIN-Zeit), während der jedes Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 in einem EIN-Zustand sein soll, basierend auf der der Last 300 bereitzustellenden Leistung. Beispielsweise kann die Steuerungsschaltung 203 die Hauptumwandlungsschaltung 201 durch eine Steuerung mittels Pulsweitenmodulation (PWM) zum Modulieren der EIN-Zeit der Schaltelemente gemäß einer abzugebenden Spannung steuern. Die Steuerungsschaltung 203 gibt dann einen Steuerungsbefehl (ein Steuerungssignal) an die Ansteuerungsschaltung 202 ab, so dass zu jedem Zeitpunkt ein EIN-Signal an ein Schaltelement abgegeben wird, das sich in einem EIN-Zustand befinden soll, und zu jedem Zeitpunkt ein AUS-Signal an ein Schaltelement abgegeben wird, das sich in einem AUS-Zustand befinden soll. Die Ansteuerungsschaltung 202 gibt gemäß dem Steuerungssignal ein EIN-Signal oder ein AUS-Signal als Ansteuerungssignal an die Steuerungselektrode jedes Schaltelements ab.
  • In der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, wird die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform als die Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 verwendet, und daher ist es möglich, eine Leistungsumwandlungseinrichtung mit erhöhter Zuverlässigkeit zu realisieren.
  • Obgleich ein Beispiel, bei dem die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform für einen Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus verwendet wird, in der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform beschrieben wurde, ist die zweite Ausführungsform nicht auf dieses beschränkt und kann die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform für verschiedene Leistungsumwandlungseinrichtungen verwendet werden. Obgleich die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine Leistungsumwandlungseinrichtung mit zwei Niveaus in der zweiten Ausführungsform ist, kann die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform eine Leistungsumwandlungseinrichtung mit drei Niveaus oder mehr Niveaus sein oder kann die Halbleitervorrichtung für einen einphasigen Inverter verwendet werden, falls einer einphasigen Last Leistung bereitgestellt wird. Falls einer DC-Last oder dergleichen Leistung bereitgestellt wird, kann die Halbleitervorrichtung für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler verwendet werden.
  • Die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist darüber hinaus nicht auf den Fall beschränkt, in dem die Last ein Elektromotor ist, und kann als beispielsweise Stromversorgungsvorrichtung einer Elektroerodiermaschine, einer Laserstrahlmaschine, einer Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder eines Systems zur kontaktlosen Einspeisung von Leistung genutzt werden und kann auch als Leistungskonditionierer eines Systems zur Erzeugung von Solarenergie, eines Energiespeichersystems oder dergleichen genutzt werden.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 10 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration eines sich bewegenden Körpers gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. Die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 gemäß der neunten Ausführungsform ist an einem in 10 veranschaulichten, sich bewegenden Körper 400 montiert, und der sich bewegende Körper 400 kann mit einer Ausgangsleistung von der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 bewegt werden. Gemäß solch einer Konfiguration kann die Betriebssicherheit des sich bewegenden Körpers 400 erhöht werden. Obgleich ein Fall beschrieben wurde, in dem der sich bewegende Körper 400 ein Schienenfahrzeug ist, ist der sich bewegende Körper 400 nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Lift oder dergleichen sein.
  • Die Ausführungsformen können frei kombiniert oder gegebenenfalls geändert oder weggelassen werden.
  • Die obige Beschreibung ist in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich, dass zahlreiche, nicht veranschaulichte Modifikationen angenommen werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Isoliersubstrat
    2
    Metallstruktur
    2a
    erste Vertiefung
    2b
    zweite Vertiefung
    3
    Lötmetallresist
    4
    Halbleiter-Chip
    5
    elektronische Komponente
    6
    Lötmetall
    6a
    Lötmetalkugel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 11345969 [0004]

Claims (8)

  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend: ein Isoliersubstrat, auf dem eine Metallstruktur mit einer ersten Vertiefung und einer zweiten Vertiefung, die nebeneinander angeordnet sind, und ein Halbleiterelement angeordnet sind; eine elektronische Komponente, die teilweise in der ersten Vertiefung angeordnet ist; und ein Lötmetall, das die Metallstruktur und die elektronische Komponente verbindet.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung Querschnittsformen aufweisen, die sich in Richtung einer Öffnung der ersten Vertiefung bzw. einer Öffnung der zweiten Vertiefung erweitern.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend ein Lötmetallresist, das auf der Metallstruktur angeordnet ist und eine planare Form hat, die die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung umgibt.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Teil des Lötmetalls in der zweiten Vertiefung angeordnet ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Vertiefung und die zweite Vertiefung voneinander getrennt sind.
  6. Leistungsumwandlungseinrichtung, aufweisend: eine Hauptumwandlungsschaltung, die die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthält und eingespeiste Leistung umwandelt und die umgewandelte Leistung abgibt; eine Ansteuerungsschaltung, die ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern der Halbleitervorrichtung an die Halbleitervorrichtung abgibt; und eine Steuerungsschaltung, die ein Steuerungssignal zum Steuern der Ansteuerungsschaltung an die Ansteuerungsschaltung abgibt.
  7. Sich bewegender Körper, aufweisend die Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 6.
  8. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: ein Präparieren eines Isoliersubstrats, auf dem eine Metallstruktur mit einer ersten Vertiefung und einer zweiten Vertiefung, die nebeneinander angeordnet sind, angeordnet wird; ein Einsetzen eines Teils einer elektronischen Komponente in die erste Vertiefung; ein Einsetzen eines Teils einer Lötmetallkugel in die zweite Vertiefung; ein Ausbilden eines Lötmetalls, das die Metallstruktur und die elektronische Komponente verbindet, durch Schmelzen der Lötmetallkugel; und ein Anordnen eines Halbleiterelements auf dem Isoliersubstrat.
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