Halbleitervorrichtung

18-03-2021 дата публикации
Номер:
DE112019003336T5
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Номер заявки: 00-19-11203336
Дата заявки: 06-12-2019

Technisches Gebiet

[1]

Die hier diskutierten Ausführungsformen beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung.

Technischer Hintergrund

[2]

Halbleitervorrichtungen enthalten Halbleiterelemente wie z. B. einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einen Leistungsmetalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), eine Freilaufdiode (FWD) und eine Schottky-Sperrdiode (SBD). Derartig Halbleitervorrichtungen enthalten mehrere Halbleitereinheiten, die die oben beschriebenen Halbleiterelemente und eine Strahlungsplatte, über der die mehreren Halbleitereinheiten angeordnet sind, enthalten. Derartige Halbleitervorrichtungen verwirklichen gewünschte Funktionen (siehe z. B. PTL1).

[3]

Ein Leistungsumsetzer wird durch Anordnen z. B. von IGBTs und FWDs über einem Substrat realisiert (siehe z. B. PTL2). In diesem Fall werden, um die Fläche des Substrats wirksam zu verwenden, IGBTs und FWDs, die sich in der Chip-Größe unterscheiden, über einem Mittelabschnitt des Substrats angeordnet und IGBTs und FWDs werden nach oben und nach unten vom Mittelabschnitt abwechselnd angeordnet.

Entgegenhaltungsliste

Patentliteratur

[4]

  • PTL1: US5527620US-Patent Nr. 5527620
  • PTL2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2018-125494

Zusammenfassung der Erfindung

Technisches Problem

[5]

Um die oben genannten IGBTs und FWDs, die sich in der Chip-Größe unterscheiden, in einer beschränkten Fläche eines Substrats effizient anzuordnen, besteht Bedarf, sie als Block in einem Teil der Fläche des Substrats anzuordnen. Dies vermeidet ein unnötiges Verwenden einer Fläche. Darüber hinaus besteht Bedarf, die Optimierung der Anordnung externer Anschlüsse und Verbindungsverdrahtungen über dem Substrat zu betrachten. Als Ergebnis werden die IGBTs und die FWDs unvermeidbar über einem Mittelabschnitt des Substrats angeordnet. Allerdings wird erzeugte Wärme im Mittelabschnitt (einem Abschnitt) des Substrats, über dem die IGBTs und die FWDs konzentriert angeordnet sind, konzentriert. Als Ergebnis werden der Nennstrom und dergleichen einer Halbleitervorrichtung beeinflusst und es kann schwer sein, die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung zu entwickeln.

[6]

Die vorliegende Erfindung wurde unter den oben beschriebenen Hintergrundbedingungen gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die eine Wärmekonzentration verhindert.

Lösung des Problems

[7]

Gemäß einem Aspekt wird eine Halbleitervorrichtung geschaffen, die einen ersten Zweigblock besitzt, der einen ersten Halbleiterchip, der eine erste positive Elektrode auf einer Rückseite aufweist und eine erste negative Elektrode und eine erste Steuerelektrode auf einer Vorderseite aufweist, ein erstes Schaltungsmuster, das in einer Draufsicht konkav ist und über dem die erste positive Elektrode angeordnet ist, und ein zweites Schaltungsmuster, das mindestens einen Teil besitzt, der in einem ersten Anordnungsbereich, der eine Konkavität des ersten Schaltungsmusters in einer Draufsicht ist, angeordnet ist und mit der ersten negativen Elektrode durch ein erstes Verdrahtungselement, das im ersten Anordnungsbereich verbunden ist, elektrisch verbunden ist, enthält.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

[8]

Gemäß der offenbarten Technik wird eine Wärmekonzentration verhindert und die Eigenschaften der Halbleitervorrichtung werden verbessert.

[9]

Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gegeben wird, die bevorzugte Ausführungsformen als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung angeben, deutlich.

Figurenliste

[10]

  • [1] 1 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Zweigblocks, der in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform enthalten ist;
  • [2] 2 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • [3] 3 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • [4] 4 veranschaulicht die Schaltungsstruktur, die durch die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform realisiert wird;
  • [5] 5 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Flusses eines Stroms in der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform; und
  • [6] 6 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Halbleitervorrichtung, die als Bezug genommen wird, und des Flusses eines Stroms in der Halbleitervorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsformen

(Erste Ausführungsform)

[11]

Nun wird ein Zweigblock, der in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform enthalten ist, unter Verwendung von 1 beschrieben. 1 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Zweigblocks, der in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform enthalten ist. Eine Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform enthält einen Zweigblock 2, der in 1 veranschaulicht ist. Der Zweigblock 2 enthält ein laminiertes Substrat 3 und erste Halbleiterchips 6 und 7, die über dem laminierten Substrat 3 angeordnet sind. Der erste Halbleiterchip 6 besitzt eine erste positive Elektrode (die nicht veranschaulicht ist) auf der Rückseite und besitzt eine erste negative Elektrode 6b und eine erste Steuerelektrode 6a auf der Vorderseite. Der erste Halbleiterchip 7 besitzt eine erste positive Elektrode (die nicht veranschaulicht ist) auf der Rückseite und besitzt eine erste negative Elektrode 7b und eine erste Steuerelektrode 7a auf der Vorderseite. Die ersten Halbleiterchips 6 und 7 können z. B. Leistungs-MOSFETs oder in Sperrrichtung leitende IGBTs (RC-IGBTs) sein. Mit den RC-IGBTs werden ein IGBT und eine FWD in einen Chip aufgenommen.

[12]

Darüber hinaus enthält das laminierte Substrat 3 ein Substrat 4 und ein erstes Schaltungsmuster 5a und ein zweites Schaltungsmuster 5b, die über der Vorderseite des Substrats 4 gebildet sind. Das erste Schaltungsmuster ist in einer Draufsicht 5a konkav. Die ersten positiven Elektroden, die auf den Rückseiten der ersten Halbleiterchips 6 und 7 gebildet sind, sind im ersten Schaltungsmuster 5a angeordnet. Das heißt, das erste Schaltungsmuster 5a besitzt in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „U“. Ein erster Anordnungsbereich 5a1 liegt im ersten Schaltungsmuster 5a. Der erste Anordnungsbereich 5a1 ist eine konkave Höhlung und ist durch eine gestrichelte Linie in 1 angezeigt. Das erste Schaltungsmuster 5a ist konkav. Entsprechend sind die ersten Halbleiterchips 6 und 7 über dem ersten Schaltungsmuster 5a mit dem ersten Anordnungsbereich 5a1 dazwischenliegend angeordnet.

[13]

Mindestens ein Teil des zweiten Schaltungsmusters 5b ist im ersten Anordnungsbereich 5a1 angeordnet und mindestens ein Teil des zweiten Schaltungsmusters 5b ist durch das erste Schaltungsmuster 5a umgeben. Darüber hinaus ist das zweite Schaltungsmuster 5b mit einem Endabschnitt jedes erster Verdrahtungselemente 8b und 8c im ersten Anordnungsbereich 5a1 verbunden. Die weiteren Endabschnitte der ersten Verdrahtungselemente 8b und 8c sind mit den ersten negativen Elektroden 6b und 7b der ersten Halbleiterchips 6 bzw. 7 verbunden. Als Ergebnis ist das zweite Schaltungsmuster 5b mit den ersten negativen Elektroden 6b und 7b durch die ersten Verdrahtungselemente 8b und 8c, mit denen das zweite Schaltungsmuster 5b verbunden ist, im ersten Anordnungsbereich 5a1 elektrisch verbunden. Das erste Schaltungsmuster 5a und das zweite Schaltungsmuster 5b sind leitende Elemente. Zusätzlich sind die Verdrahtungselemente 8b und 8c (und die Verdrahtungselemente 8a, 8d und 8e, die später beschrieben werden) Verbindungsdrähte, ein Leiterrahmen, bandförmige leitende Elemente oder dergleichen.

[14]

Zum Beispiel verzweigt sich ein Strom, der aus dem Verdrahtungselement 8a in den oben beschriebenen Zweigblock 2 der Halbleitervorrichtung 1 fließt, in die zwei Richtungen der ersten Halbleiterchips 6 und 7 und fließt durch das erste Schaltungsmuster 5a. Ein Strom, der durch das erste Schaltungsmuster 5a fließt, fließt in die ersten positiven Elektroden auf den Rückseiten der ersten Halbleiterchips 6 und 7 und Ausgangsströme werden von den ersten negativen Elektroden 6b und 7b auf den Vorderseiten der ersten Halbleiterchips 6 bzw. 7 ausgegeben. Die Ausgangsströme, die von den ersten Halbleiterchips 6 und 7 ausgegeben werden, fließen über die Verdrahtungselemente 8b und 8c in das zweite Schaltungsmuster 5b. Zum jetzigen Zeitpunkt wird ein Steuersignal zu einem bestimmten Zeitpunkt über das Verdrahtungselement 8e in die ersten Steuerelektroden 6a und 7a der ersten Halbleiterchips 6 bzw. 7 eingegeben. Die Ausgangsströme, die in das zweite Schaltungsmuster 5b fließen, werden auf diese Weise durch das Verdrahtungselement 8d zur Außenseite des Zweigblocks 2 ausgegeben.

[15]

Zum jetzigen Zeitpunkt erzeugen die ersten Halbleiterchips 6 und 7 im Zweigblock 2 der Halbleitervorrichtung 1, die die Ströme ausgeben, Wärme als Ergebnis des Ansteuerns. Allerdings ist das erste Schaltungsmuster 5a in einer Draufsicht konkav und das zweite Schaltungsmuster 5b ist in einem Hohlraum des ersten Schaltungsmusters 5a angeordnet. Entsprechend ist das erste Schaltungsmuster 5a auf einem Außenumfangsabschnitt des laminierten Substrats 3 angeordnet und ist das zweite Schaltungsmuster 5b auf einem Mittelabschnitt des laminierten Substrats 3 angeordnet. Die ersten Halbleiterchips 6 und 7, die über dem ersten Schaltungsmuster 5a angeordnet sind, sind nicht auf dem Mittelabschnitt des laminierten Substrats 3 angeordnet und befinden sich auf dem Außenumfangsabschnitt des laminierten Substrats 3. Dies unterdrückt eine Wärmekonzentration bei einem Abschnitt des laminierten Substrats 3. Das heißt, Wärme wird verteilt und eine Wärmeabfuhreigenschaft wird verbessert. Darüber hinaus werden die Ausgangsströme, die von den ersten Halbleiterchips 6 und 7 ausgegeben werden, im zweiten Schaltungsmuster 5b, das im Mittelabschnitt des laminierten Substrats 3 angeordnet ist, gesammelt. Entsprechend werden Steuerspannungen, die an die ersten Steuerelektroden 6a und 7a der ersten Halbleiterchips 6 bzw. 7 angelegt werden, gleich und die ersten Halbleiterchips 6 und 7 werden in einer ausgewogenen Weise angesteuert. Dies unterdrückt eine Verschlechterung der Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 1, die den oben beschriebenen Zweigblock 2 enthält.

(Zweite Ausführungsform)

[16]

In einer zweiten Ausführungsform wird die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform konkreter beschrieben. Zunächst wird eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung von 2 und 3 beschrieben. 2 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform. 3 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 3A ist eine Schnittansicht, die entlang der strichpunktierten Linie X1-X1 von 2 genommen wurde. 3B ist eine Schnittansicht, die entlang der strichpunktierten Linie X2-X2 von 2 genommen wurde.

[17]

Eine Halbleitervorrichtung 10 enthält einen ersten Zweigblock 20 und einen zweiten Zweigblock 30. Mit der Halbleitervorrichtung 10 werden ein oberer Zweigblock und ein unterer Zweigblock des ersten Zweigblocks 20 und des zweiten Zweigblocks 30 gebildet. Der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30 sind durch Verbindungsdrähte 27a und 27g elektrisch verbunden. Darüber hinaus enthält die Halbleitervorrichtung 10 eine Strahlungsplatte (die nicht veranschaulicht ist) und ein Gehäuse 40. Der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30 sind über der Strahlungsplatte mit Lot (das nicht veranschaulicht ist) dazwischenliegend angeordnet. Das Gehäuse 40 ist über der Strahlungsplatte angeordnet und schließt den ersten Zweigblock 20 und den zweiten Zweigblock 30 ein. Darüber hinaus sind das Gehäuse 40 und der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30 durch Verbindungsdrähte 27f, 37a und 37h elektrisch verbunden. In dieser Ausführungsform ist die Anzahl von Verbindungsdrähten, die zum elektrischen Verbinden von Komponenten verwendet werden, der Einfachheit halber lediglich eins. Tatsächlich kann allerdings mehr als ein Verbindungsdraht zum elektrischen Verbinden von Komponenten verwendet werden. Zusätzlich kann ein Verdrahtungselement wie z. B. ein plattenförmiger Leiterrahmen oder ein Band in Form eines dünnen Riemens anstelle eines Verbindungsdrahts verwendet werden.

[18]

Der erste Zweigblock 20 enthält eine Keramikleiterplatte 21 und Halbleiterchips 25 und 26, die sich über der Vorderseite der Keramikleiterplatte 21 befinden. Darüber hinaus ist die Keramikleiterplatte 21 über der Strahlungsplatte mit dazwischenliegendem Lot, Silberlot oder dergleichen (das nicht veranschaulicht ist) angeordnet.

[19]

Die Halbleiterchips 25 und 26 (die ersten Halbleiterchips) sind aus Silizium hergestellt. Jeder dieser Halbleiterchips 25 und 26 enthält einen RC-IGBT, der ein Schaltelement ist. Mit dem RC-IGBT werden ein IGBT und eine FWD in einen Chip aufgenommen. Ein RC-IGBT-Chip enthält eine Schaltung, in der ein IGBT und eine FWD antiparallelgeschaltet sind. Darüber hinaus sind die Halbleiterchips 25 und 26 aus Siliziumkarbid hergestellt. Jeder dieser Halbleiterchips 25 und 26 enthält einen MOSFET, der ein Schaltelement ist. Mit dem MOSFET wird entsprechend eine Inversdiode aufgenommen. Zum Beispiel besitzt der Halbleiterchip 25 eine Kollektorelektrode (eine positive Elektrode oder eine Drain-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Rückseite und besitzt eine Gate-Elektrode 25a (eine Steuerelektrode) und eine Emitterelektrode 25b (eine negative Elektrode oder eine Source-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Vorderseite. Der Halbleiterchip 26 besitzt eine Kollektorelektrode (eine positive Elektrode oder eine Drain-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Rückseite und besitzt eine Gate-Elektrode 26a (eine Steuerelektrode) und eine Emitterelektrode 26b (eine negative Elektrode oder eine Source-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Vorderseite. Darüber hinaus befindet sich mit dem Halbleiterchip 25 die Gate-Elektrode 25a im Zentrum eines Kantenabschnitts der Vorderseite und die Emitterelektrode 25b befindet sich in einem Mittelabschnitt der Vorderseite. Mit dem Halbleiterchip 26 befindet sich die Gate-Elektrode 26a im Zentrum eines Kantenabschnitts der Vorderseite und die Emitterelektrode 26b befindet sich in einem Mittelabschnitt der Vorderseite. Die Kollektorelektroden auf den Rückseiten der Halbleiterchips 25 und 26 sind nicht dargestellt. Die Halbleitervorrichtung 10 verwendet ein Schaltelement, das ein RC-IGBT oder ein MOSFET ist, der aus Siliziumkarbid hergestellt ist. Als Ergebnis besteht kein Bedarf, ein Diodenelement parallel zu ihr zu schalten. Entsprechend ist ein Schaltelement, das ein RC-IGBT oder ein MOSFET ist, der aus Siliziumkarbid hergestellt ist, zum Anordnen über konkaven Schaltungsmustern 23a und 33a, die später beschrieben wird, geeignet.

[20]

Die Keramikleiterplatte 21 enthält eine Isolationsplatte 22 und eine Metallplatte 24, die auf der Rückseite der Isolationsplatte 22 gebildet ist. Darüber hinaus enthält die Keramikleiterplatte 21 die Schaltungsmuster 23a bis 23d, die über der Vorderseite der Isolationsplatte 22 gebildet sind. Die Isolationsplatte 22 ist aus einer Keramik wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt. Die Metallplatte 24 ist aus einem Metall wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die mindestens eines davon enthält, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt. Die Schaltungsmuster 23a bis 23d sind aus einem Metall wie z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung, das eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, hergestellt. Darüber hinaus kann, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, ein Material wie z. B. Nickel auf den Oberflächen der Schaltungsmuster 23a bis 23d durch eine Plattierungsbehandlung oder dergleichen gebildet sein. Konkret kann eine Nickelphosphorlegierung, eine Nickelborlegierung oder dergleichen anstelle von Nickel verwendet werden. Zusätzlich ist die Dicke der Schaltungsmuster 23a bis 23d z. B. größer oder gleich 0,1 mm und kleiner oder gleich 1 mm. Ein Kupferdirektverbindungssubstrat (DCB-Substrat), ein metallaktivgelötetes Substrat (AMB-Substrat) oder dergleichen kann als die Keramikleiterplatte 21, die die oben beschriebene Struktur besitzt, verwendet werden. Die Keramikleiterplatte 21 überträgt Wärme, die durch die Halbleiterchips 25 und 26 erzeugt wird, über das Schaltungsmuster 23a, die Isolationsplatte 22 und die Metallplatte 24 zur Strahlungsplatte. Die Keramikleiterplatte 21 ist ein Beispiel. Ein Leiterrahmen, an dem ein Metallbasissubstrat und eine Chip-Anschlussfläche gebildet sind, kann verwendet werden.

[21]

Das Schaltungsmuster 23a (das erste Schaltungsmuster) ist ein Kollektormuster des ersten Zweigblocks 20. Die Kollektorelektroden, die auf den Rückseiten der Halbleiterchips 25 und 26 gebildet sind, sind mit dem Schaltungsmuster 23a mit dazwischenliegendem Lot verbunden. Das Schaltungsmuster 23a ist in einer Draufsicht konkav. Im Schaltungsmuster 23a ist ein Anordnungsbereich 23a1 (der erste Anordnungsbereich) vorhanden. Der Anordnungsbereich 23a1 ist eine konkave Höhlung und wird in 2 durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Das Schaltungsmuster 23a kann in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „U“ besitzen. Die Halbleiterchips 25 und 26 sind auf den Anordnungsbereich 23a1 ausgerichtet über dem Schaltungsmuster 23a mit dem Anordnungsbereich 23a1 dazwischenliegend angeordnet. Die Halbleiterchips 25 und 26 sind derart angeordnet, dass die Gate-Elektroden 25a und 26a ausgerichtet sind. Darüber hinaus liegen die Gate-Elektroden 25a einander gegenüber und liegen die Gate-Elektroden 26a einander gegenüber. Die Zahl der Halbleiterchips 25 und 26 kann drei oder mehr sein.

[22]

Das Schaltungsmuster 23b (das zweite Schaltungsmuster) ist ein Emittermuster des ersten Zweigblocks 20. Das Schaltungsmuster 23b besitzt den Anordnungsbereich 23a1. Der Anordnungsbereich 23a1 ist mit den Emitterelektroden 25b und 26b der Halbleiterchips 25 und 26 durch Verbindungsdrähte 27b, 27c, 27d und 27e verbunden. In 2 besitzt das Schaltungsmuster 23b in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „L“. Das heißt, das Schaltungsmuster 23b besitzt einen ersten Teil und einen zweiten Teil. Der erste Teil ist im Anordnungsbereich 23a1 angeordnet. Der zweite Teil verläuft außerhalb des Anordnungsbereichs 23a1 von einem Endabschnitt des ersten Teils senkrecht (nach unten in 2) zu der Richtung, in der der Anordnungsbereich 23a1 verläuft. In 2 kann das Schaltungsmuster 23b in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „T“ besitzen. Das heißt, der zweite Teil des Schaltungsmusters 23b kann außerhalb des Anordnungsbereichs 23a1 vom Endabschnitt des ersten Teils senkrecht (nach oben und nach unten in 2) zu der Richtung, in der der Anordnungsbereich 23a1 verläuft, verlaufen.

[23]

Die Schaltungsmuster 23c und 23d sind ein Erfassungsemittermuster bzw. ein Gate-Muster des ersten Zweigblocks 20. Das Schaltungsmuster 23a liegt zwischen den Schaltungsmustern 23c und 23d (den fünften Schaltungsmustern) und dem Anordnungsbereich 23a1 und die Schaltungsmuster 23c und 23d sind benachbart zum Schaltungsmuster 23a angeordnet. Das heißt, die Schaltungsmuster 23c und 23d sind in einer Draufsicht benachbart zum Schaltungsmuster 23a parallel zu einer Seite des Schaltungsmusters 23a senkrecht zu einer konkaven Öffnung des Schaltungsmusters 23a angeordnet. Darüber hinaus sind die Schaltungsmuster 23c und 23d benachbart zum Schaltungsmuster 23a parallel zu zwei Seiten des Anordnungsbereichs 23a1 einander gegenüber angeordnet. In 2 sind die Schaltungsmuster 23c und 23d unter dem Schaltungsmuster 23a angeordnet. Allerdings können die Schaltungsmuster 23c und 23d bei Bedarf in 2 über dem Schaltungsmuster 23a angeordnet sein. Zusätzlich werden, um Raum zu sparen, die Schaltungsmuster 23c und 23d in Richtung einer Seite der Isolationsplatte 22 lang und schmal gebildet. Das Schaltungsmuster 23c ist mit der Emitterelektrode 25b des Halbleiterchips 25 durch einen Verbindungsdraht 27j verbunden. Das Schaltungsmuster 23d ist mit den Gate-Elektroden 25a und 26a der Halbleiterchips 25 bzw. 26 durch Verbindungsdrähte 27h und 27i verbunden.

[24]

Der zweite Zweigblock 30 enthält eine Keramikleiterplatte 31 und Halbleiterchips 35 und 36, die sich über der Vorderseite der Keramikleiterplatte 31 befinden. Darüber hinaus ist die Keramikleiterplatte 31 über der Strahlungsplatte mit dazwischenliegendem Lot, Silberlot oder dergleichen (das nicht veranschaulicht ist) angeordnet. Komponenten des zweiten Zweigblocks 30 sind derart angeordnet, dass die Komponenten des zweiten Zweigblocks 30 und die Komponenten des ersten Zweigblocks 20 in einer Draufsicht etwa symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt der Halbleitervorrichtung 10 sind.

[25]

Die Halbleiterchips 35 und 36 (die zweiten Halbleiterchips) sind aus Silizium hergestellt. Dies ist mit den Halbleiterchips 25 und 26 gleich. Jeder der Halbleiterchips 35 und 36 enthält auch einen RC-IGBT, der ein Schaltelement ist. Mit dem RC-IGBT sind ein IGBT und eine FWD in einem Chip enthalten. Darüber hinaus sind die Halbleiterchips 35 und 36 aus Siliziumkarbid hergestellt. Jeder der Halbleiterchips 35 und 36 enthält auch einen MOSFET, der ein Schaltelement ist. Als Ergebnis besitzt der Halbleiterchip 35 eine Kollektorelektrode (eine positive Elektrode oder eine Drain-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Rückseite und besitzt eine Gate-Elektrode 35a (eine Steuerelektrode) und eine Emitterelektrode 35b (eine negative Elektrode oder eine Source-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Vorderseite. Der Halbleiterchip 36 besitzt eine Kollektorelektrode (eine positive Elektrode oder eine Drain-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Rückseite und besitzt eine Gate-Elektrode 36a (eine Steuerelektrode) und eine Emitterelektrode 36b (eine negative Elektrode oder eine Source-Elektrode im Falle eines MOSFETs) als eine Hauptelektrode auf der Vorderseite. Darüber hinaus befindet sich mit dem Halbleiterchip 35 die Gate-Elektrode 35a im Zentrum eines Kantenabschnitts der Vorderseite und befindet sich die Emitterelektrode 35b in einem Mittelabschnitt der Vorderseite. Mit dem Halbleiterchip 36 befindet sich die Gate-Elektrode 36a im Zentrum eines Kantenabschnitts der Vorderseite und befindet sich die Emitterelektrode 36b in einem Mittelabschnitt der Vorderseite. Die Kollektorelektroden auf den Rückseiten der Halbleiterchips 35 und 36 sind nicht dargestellt.

[26]

Die Keramikleiterplatte 31 enthält eine Isolationsplatte 32 und eine Metallplatte 34, die auf der Rückseite der Isolationsplatte 32 gebildet ist. Darüber hinaus enthält die Keramikleiterplatte 31 die Schaltungsmuster 33a bis 33e, die über der Vorderseite der Isolationsplatte 32 gebildet sind. Die Isolationsplatte 32 ist aus einer Keramik wie z. B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt. Die Metallplatte 34 ist aus einem Metall wie z. B. Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die mindestens eine davon enthält, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt. Die Schaltungsmuster 33a bis 33e sind aus Metall wie z. B. Kupfer oder einer Kupferlegierung, das eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, hergestellt. Darüber hinaus kann, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, ein Material wie z. B. Nickel auf den Oberflächen der Schaltungsmuster 33a bis 33e durch eine Plattierungsbehandlung oder dergleichen gebildet sein. Konkret kann eine Nickelphosphorlegierung, eine Nickelborlegierung oder dergleichen anstelle von Nickel verwendet werden. Zusätzlich ist die Dicke der Schaltungsmuster 33a bis 33e z. B. größer oder gleich 0,1 mm und kleiner oder gleich 1 mm. Ein DCB-Substrat, ein AMB-Substrat oder dergleichen kann als die Keramikleiterplatte 31, die die oben beschriebene Struktur besitzt, verwendet werden. Die Keramikleiterplatte 31 überträgt Wärme, die durch die Halbleiterchips 35 und 36 erzeugt wird, über das Schaltungsmuster 33a, die Isolationsplatte 32 und die Metallplatte 34 zur Strahlungsplatte. Die Keramikleiterplatte 31 ist ein Beispiel. Ein Leiterrahmen, an dem ein Metallbasissubstrat und eine Chip-Anschlussfläche gebildet sind, kann verwendet werden.

[27]

Das Schaltungsmuster 33a (das dritte Schaltungsmuster) ist ein Kollektormuster des zweiten Zweigblocks 30. Die Kollektorelektroden, die auf den Rückseiten der Halbleiterchips 35 und 36 gebildet sind, sind mit dem Schaltungsmuster 33a mit dazwischenliegendem Lot verbunden. Das Schaltungsmuster 33a ist in einer Draufsicht konkav. Im Schaltungsmuster 33a ist ein Anordnungsbereich 33a1 (ein zweiter Anordnungsbereich) vorhanden. Der Anordnungsbereich 33a1 ist eine konkave Höhlung und ist durch eine gestrichelte Linie in 2 angezeigt. Darüber hinaus liegt der Anordnungsbereich 33a1 des Schaltungsmusters 33a gegenüber dem Anordnungsbereich 23a1 des Schaltungsmusters 23a und das Schaltungsmuster 33a grenzt an das Schaltungsmuster 23a. Das heißt, das Schaltungsmuster 33a des zweiten Zweigblocks 30 grenzt an das Schaltungsmuster 23a des ersten Zweigblocks 20 in einem Zustand, in dem eine Konkavität des Schaltungsmusters 33a der Konkavität des Schaltungsmusters 23a gegenüberliegt. Die Halbleiterchips 35 und 36 sind auf das Schaltungsmuster 33a ausgerichtet mit dem Anordnungsbereich 33a1 dazwischenliegend angeordnet. Die Halbleiterchips 35 und 36 sind derart angeordnet, dass die Gate-Elektroden 35a und 36a ausgerichtet sind. Darüber hinaus liegen die Gate-Elektroden 35a einander gegenüber und liegen die Gate-Elektroden 36a einander gegenüber. Die Zahl der Halbleiterchips 35 und 36 kann drei oder mehr sein.

[28]

Das Schaltungsmuster 33b (das vierte Schaltungsmuster) ist ein Emittermuster des zweiten Zweigblocks 30. Das Schaltungsmuster 33b weist den Anordnungsbereich 33a1 auf. Der Anordnungsbereich 33a1 ist mit den Emitterelektroden 35b und 36b der Halbleiterchips 35 und 36 durch Verbindungsdrähte 37b, 37c, 37d und 37e verbunden. In 2 besitzt das Schaltungsmuster 33b in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „L“. Das heißt, das Schaltungsmuster 33b enthält eine Fläche, die im gesamten Anordnungsbereich 33a1 angeordnet ist, und eine Fläche, die zur oben beschriebenen Fläche senkrecht ist und in 2 nach oben verläuft. Das Schaltungsmuster 33b ist mit dem Schaltungsmuster 23a durch den Verbindungsdraht 27a elektrisch verbunden. In 2 besitzt das Schaltungsmuster 33b in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „L“. Das heißt, das Schaltungsmuster 33b besitzt einen dritten Teil und einen vierten Teil. Der dritte Teil ist im Anordnungsbereich 33a1 angeordnet. Der vierte Teil verläuft außerhalb des Anordnungsbereichs 33a1 von einem Endabschnitt des dritten Teils senkrecht zu der Richtung, in der der Anordnungsbereich 33a1 verläuft, und in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der der zweite Teil des Schaltungsmusters 23b in 2 nach unten verläuft. In 2 kann das Schaltungsmuster 33b in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „T“ besitzen. Das heißt, der vierte Teil des Schaltungsmusters 33b kann außerhalb des Anordnungsbereichs 33a1 vom Endabschnitt des dritten Teils senkrecht (nach oben und nach unten in 2) zu der Richtung, in der der Anordnungsbereich 33a1 verläuft, verlaufen.

[29]

Die Schaltungsmuster 33c und 33d sind ein Erfassungsemittermuster bzw. ein Gate-Muster des zweiten Zweigblocks 30. Das Schaltungsmuster 33a liegt zwischen den Schaltungsmustern 33c und 33d (den sechsten Schaltungsmustern) und dem Anordnungsbereich 33a1 und die Schaltungsmuster 33c und 33d sind dem Schaltungsmuster 33a benachbart angeordnet. Darüber hinaus sind die Schaltungsmuster 33c und 33d und die Schaltungsmuster 23c bzw. 23d symmetrisch in Bezug auf den Mittelpunkt der Halbleitervorrichtung 10. In diesem Fall sind die Schaltungsmuster 33c und 33d über dem Schaltungsmuster 33a in 2 angeordnet. Allerdings können die Schaltungsmuster 33c und 33d abhängig von der Positionen der Schaltungsmuster 23c und 23d unter dem Schaltungsmuster 33a in 2 angeordnet sein. Zusätzlich sind, um Raum zu sparen, die Schaltungsmuster 33c und 33d, die entlang einer Seite der Isolationsplatte 32 gebildet sind, lang und schmal gestaltet. Das Schaltungsmuster 33c ist mit der Emitterelektrode 36b des Halbleiterchips 36 durch einen Verbindungsdraht 37i verbunden. Das Schaltungsmuster 33d ist mit den Gate-Elektroden 35a und 36a der Halbleiterchips 35 bzw. 36 durch Verbindungsdrähte 37f und 37g verbunden. Das Schaltungsmuster 33e ist angrenzend an das Schaltungsmuster 33a (unter dem Schaltungsmuster 33a in 2) auf der dem Anordnungsbereich 33a1 gegenüberliegenden Seite des Schaltungsmusters 33a angeordnet. Außerdem ist das Schaltungsmuster 33e mit dem Schaltungsmuster 23b durch den Verbindungsdraht 27g elektrisch verbunden.

[30]

Wie oben angegeben ist, ist das Gehäuse 40 über der Strahlungsplatte angeordnet und enthält eine Einhausung 41, die in einer Draufsicht rechteckig ist. Die Einhausung 41 des Gehäuses 40 besitzt die Form eines Kasten, der alle Seiten umgibt. Ein Speicherbereich 42, in dem der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30, die oben beschrieben sind, untergebracht sind, ist in der Einhausung 41 gebildet. Darüber hinaus sind externe Anschlussabschnitte 43 bis 45 an der linken und der rechten Kante der Einhausung 41 in 2 gebildet. Der externe Anschlussabschnitt 43 ist mit dem Schaltungsmuster 33a des zweiten Zweigblocks 30, der in der Einhausung 41 untergebracht ist, durch den Verbindungsdraht 37a elektrisch verbunden. Der externe Anschlussabschnitt 44 ist mit dem Schaltungsmuster 23a des ersten Zweigblocks 20, der in der Einhausung 41 untergebracht ist, durch den Verbindungsdraht 27f elektrisch verbunden. Der externe Anschlussabschnitt 45 ist mit dem Schaltungsmuster 33e des zweiten Zweigblocks 30, der in der Einhausung 41 untergebracht ist, durch den Verbindungsdraht 37h elektrisch verbunden. Entsprechend ist eine positive Elektrode mit dem externen Anschlussabschnitt 43 verbunden, ist eine negative Elektrode mit dem externen Anschlussabschnitt 45 verbunden und wird eine Ausgabe vom externen Anschlussabschnitt 44 erhalten. Das Gehäuse 40 enthält einen Steueranschluss (der nicht veranschaulicht ist), von dem ein Steuersignal in beide Kantenabschnitte in der Längsrichtung der Einhausung 41 eingegeben wird. Der Steueranschluss ist mit den Schaltungsmustern 23c und 33c elektrisch verbunden. Zum Beispiel enthält das oben beschriebene Gehäuse 40 die externen Anschlussabschnitte 43 bis 45 und ist durch Spritzgießen unter Verwendung eines thermoplastischen Harzes gebildet. Polyphenylensulfid (PPS), Polybutylenterephthalat-Harz (PBT-Harz), Polybutylensuccinat-Harz (PBS-Harz), Polyamid-Harz (PA-Harz), Acrylnitrilbutadienstyrol-Harz (ABS-Harz) oder dergleichen wird als ein derartiges thermoplastisches Harz verwendet.

[31]

Die oben beschriebenen Verbindungsdrähte 27a bis 27j und 37a bis 37i sind aus Metall wie z. B. Aluminium oder Kupfer, einer Legierung, die mindestens eines davon enthält, oder dergleichen, das eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, hergestellt. Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass der Durchmesser der Verbindungsdrähte 27a bis 27j und 37a bis 37i größer oder gleich 100 µm und kleiner oder gleich 1 mm ist. Zusätzlich ist die Strahlungsplatte (die nicht veranschaulicht ist) aus Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer, einer Legierung, die mindestens eines davon enthält, oder dergleichen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt. Außerdem kann, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, ein Material wie z. B. Nickel auf der Oberfläche der Strahlungsplatte durch eine Plattierungsbehandlung oder dergleichen gebildet sein. Konkret kann eine Nickelphosphorlegierung, eine Nickelborlegierung oder dergleichen anstelle von Nickel verwendet werden. Befestigungslöcher, die zum Befestigen der Strahlungsplatte an einer externen Vorrichtung verwendet werden, eine Kontaktfläche, die zum Eingeben eines Stroms in oder zum Ausgeben von Strom aus dem ersten Zweigblock 20 und dem zweiten Zweigblock 30 verwendet wird, oder dergleichen sind in der Strahlungsplatte geeignet gebildet.

[32]

Darüber hinaus kann ein Kühler (der nicht veranschaulicht ist) an der Rückseite der Strahlungsplatte der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung 10 befestigt sein. Zum jetzigen Zeitpunkt ist der Kühler an der Rückseite der Strahlungsplatte mit einer dazwischenliegenden Wärmeleitpaste wie z. B. Silikon, dem ein Metalloxidfüllstoff hinzugefügt ist, befestigt. Dies verbessert die Wärmeabfuhreigenschaft der Halbleitervorrichtung 10. In diesem Fall ist der Kühler aus Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die mindestens eines davon enthält, oder dergleichen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt. Außerdem kann eine Lamelle, ein Kühlkörper, der aus mehrere Lamellen gebildet ist, ein Wasserkühlungskühler oder dergleichen als der Kühler verwendet werden. Darüber hinaus können die Strahlungsplatte und der Kühler einteilig gebildet sein. In diesem Fall sind die Strahlungsplatte und der Kühler aus Aluminium, Eisen, Silber, Kupfer oder einer Legierung, die mindestens eines davon enthält, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hergestellt. Zusätzlich kann, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, ein Material wie z. B. Nickel auf der Oberfläche der Strahlungsplatte, die mit dem Kühler einteilig gebildet ist, durch eine Plattierungsbehandlung oder dergleichen gebildet sein. Konkret kann eine Nickelphosphorlegierung, eine Nickelborlegierung oder dergleichen anstelle von Nickel verwendet werden.

[33]

Die Schaltungsstruktur, die durch die oben beschriebene Halbleitervorrichtung 10 realisiert wird, wird nun unter Verwendung von 4 beschrieben. 4 veranschaulicht eine Schaltungsstruktur, die durch die Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform realisiert wird. Eine Wechselrichterschaltung, die in 4 veranschaulicht ist, wird durch die Halbleitervorrichtung 10, die die Halbleiterchips 25, 26, 35 und 36, die Schaltungsmuster 23a bis 23d und 33a bis 33e und die Verbindungsdrähte 27a bis 27j und 37a bis 37i enthält, realisiert.

[34]

Die Halbleitervorrichtung 10 besitzt einen C1-Anschluss (der dem externen Anschlussabschnitt 43 entspricht), einen E2-Anschluss (der dem externen Anschlussabschnitt 45 entspricht) und einen E1C2-Anschluss (der dem externen Anschlussabschnitt 44 entspricht). Darüber hinaus ist ein Hochpotentialanschluss einer externen Stromversorgung mit dem C1-Anschluss, der ein P-Eingangsanschluss ist, verbunden und ein Niederpotentialanschluss der externen Stromversorgung ist mit dem E2-Anschluss, der ein N-Eingangsanschluss ist, verbunden. Zusätzlich ist eine Last (die nicht veranschaulicht ist) mit dem E1C2-Anschluss, der ein U-Ausgangsanschluss der Halbleitervorrichtung 10 ist, verbunden. Dadurch wirkt die Halbleitervorrichtung 10 als ein Wechselrichter.

[35]

Mit der Halbleitervorrichtung 10, die die oben beschriebene Struktur besitzt, können z. B. externe Verbindungsanschlüsse (die nicht veranschaulicht sind) mit den externen Anschlussabschnitte 43 bis 45 verbunden sein und der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30, die im Speicherbereich 42 der Einhausung 41 untergebracht sind, können mit einem Dichtungselement versiegelt sein. In diesem Fall kann ein wärmehärtbares Harz wie z. B. Epoxidharz, Phenolharz oder Maleimidharz als das Dichtungselement verwendet werden.

[36]

Ein Fall, in dem ein Strom eingegeben wird, um die Halbleitervorrichtung 10 zu betreiben, wird nun unter Verwendung von 5 beschrieben. 5 ist eine Ansicht zum Beschreiben des Flusses eines Stroms in der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung, die in 5 veranschaulicht ist, ist die, die in 4 veranschaulicht ist. In 5 ist allerdings der Fluss eines Stroms in der Halbleitervorrichtung 10 durch einen dickgedruckten Pfeil angezeigt. Ein gestrichelter Pfeil gibt den Fluss eines Stroms in Flächen der Schaltungsmuster 33a und 33b an, über denen die Halbleiterchips 35 und 36 angeordnet sind.

[37]

Mit der Halbleitervorrichtung 10 fließt ein Strom, der vom externen Anschlussabschnitt 43 eingegeben wird, über den Verbindungsdraht 37a im Schaltungsmuster 33a. Der Strom, der in das Schaltungsmuster 33a fließt, verzweigt sich entlang der Form des Schaltungsmusters 33a und fließt zu den zwei Flächen, über denen die Halbleiterchips 35 und 36 angeordnet sind.

[38]

Ströme fließen nach dem Verzweigen im Schaltungsmuster 33a von den Kollektorelektroden auf den Rückseiten der Halbleiterchips 35 und 36 in zwei Richtungen in die Halbleiterchips 35 und 36 und Ausgangsströme werden von den Emitterelektroden 35b und 36b auf den Vorderseiten der Halbleiterchips 35 und 36 ausgegeben. Es wird angenommen, dass zum jetzigen Zeitpunkt Gate-Spannungen zu einem bestimmten Zeitpunkt an die Gate-Elektroden 35a und 36a der Halbleiterchips 35 und 36 angelegt werden. Die Ausgangsströme, die aus den Emitterelektroden 35b und 36b der Halbleiterchips 35 und 36 ausgegeben werden, fließen über die Verbindungsdrähte 37b, 37c,37d und 37e in das Schaltungsmuster 33b. Die Ausgangsströme, die auf diese Weise in das Schaltungsmuster 33b fließen, fließen durch das Schaltungsmuster 33b und fließen über den Verbindungsdraht 27a in das Schaltungsmuster 23a des ersten Zweigblocks 20.

[39]

Im zweiten Zweigblock 30, in dem ein Strom auf diese Weise fließt, sind die Halbleiterchips 35 und 36 über Umfangsabschnitten des Schaltungsmusters 33a, das in einer Draufsicht konkav ist, angeordnet. Entsprechend wird selbst dann, wenn die Halbleiterchips 35 und 36 während eines Ansteuerns durch die Erregung Wärme erzeugen, die Wärme im zweiten Zweigblock 30 verteilt und wird nicht in einem Abschnitt konzentriert. Insbesondere sind die Halbleiterchips 35 und 36 RC-IGBTs, deren Chip-Größe gleich ist. Als Ergebnis ist die Form des Schaltungsmusters 33a, die in einer Draufsicht konkav ist, nicht kompliziert. Das heißt, das Schaltungsmuster 33a wird durch eine einfache Form realisiert. Weil das Schaltungsmuster 33a eine derartige Form besitzt, ist es möglich, die Halbleiterchips 35 und 36 leicht anzuordnen, während Raum gespart wird. Außerdem werden die von den Emitterelektroden 35b und 36b der Halbleiterchips 35 und 36 abgegebenen Ausgangsströme auf dem im Mittelabschnitt angeordneten Schaltungsmuster 33b gesammelt. Dies unterdrückt ein Ungleichgewicht zwischen Gate-Spannungen, die an die Gate-Elektroden 35a und 36a der Halbleiterchips 35 bzw. 36 angelegt werden. Zusätzlich werden die Halbleiterchips 35 und 36 in einer ausgewogenen Weise angesteuert. Außerdem ist die Verdrahtungslänge vom externen Anschlussabschnitt 43 zum Halbleiterchip 35 gleich der Verdrahtungslänge vom externen Anschlussabschnitt 43 zum Halbleiterchip 36. Dies unterdrückt eine Ungleichheit des Stroms zwischen den Halbleiterchips 35 und 36.

[40]

Darüber hinaus strömt mit dem ersten Zweigblock 20 ein Strom, der in das Schaltungsmuster 23a fließt, von den Kollektorelektroden auf den Rückseiten der Halbleiterchips 25 und 26 in die Halbleiterchips 25 und 26 und Ausgangsströme werden aus den Emitterelektroden 25b und 26b auf den Vorderseiten der Halbleiterchips 25 und 26 ausgegeben. Dies ist für den zweiten Zweigblock 30 gleich. Es wird angenommen, dass zum jetzigen Zeitpunkt Gate-Spannungen zu einem bestimmten Zeitpunkt auch an die Gate-Elektroden 25a und 26a der Halbleiterchips 25 und 26 angelegt werden. Die Ausgangsströme, die aus den Emitterelektroden 25b und 26b der Halbleiterchips 25 und 26 ausgegeben werden, fließen über die Verbindungsdrähte 27b, 27c, 27d und 27e in das Schaltungsmuster 23b. Die Ausgangsströme, die auf diese Weise in das Schaltungsmuster 23b fließen, fließen durch das Schaltungsmuster 23b und fließen über den Verbindungsdraht 27g in das Schaltungsmuster 33e des zweiten Zweigblocks 30. Entsprechend wird dieselbe Wirkung, die im oben beschriebenen zweiten Zweigblock 30 erhalten wird, im ersten Zweigblock 20 erhalten.

[41]

Eine Halbleitervorrichtung außer der Halbleitervorrichtung 10, die als Bezug genommen wird, wird nun unter Verwendung von 6 beschrieben. 6 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Halbleitervorrichtung, die als Bezug genommen wird, und des Flusses eines Stroms in der Halbleitervorrichtung. Komponenten einer Halbleitervorrichtung 10a, die in 6 veranschaulicht ist, die dieselben wie die der Halbleitervorrichtung 10 sind, sind mit denselben Zahlzeichen markiert. Darüber hinaus sind lediglich Komponenten, die zur Beschreibung erforderlich sind, mit Zahlzeichen markiert.

[42]

Eine Halbleitervorrichtung 10a enthält einen ersten Zweigblock 60 und einen zweiten Zweigblock 70. Mit der Halbleitervorrichtung 10a werden ein oberer Zweigblock und ein unterer Zweigblock des ersten Zweigblocks 60 und des zweiten Zweigblocks 70 gebildet. Der erste Zweigblock 60 und der zweite Zweigblock 70 sind durch einen Verbindungsdraht 67a und dergleichen elektrisch verbunden. Darüber hinaus enthält die Halbleitervorrichtung 10a eine Strahlungsplatte (die nicht veranschaulicht ist) und ein Gehäuse 40. Der erste Zweigblock 60 und der zweite Zweigblock 70 sind über der Strahlungsplatte mit dazwischenliegendem Lot (das nicht veranschaulicht ist) angeordnet. Das Gehäuse 40 ist über der Strahlungsplatte angeordnet und umschließt den ersten Zweigblock 60 und den zweiten Zweigblock 70. Darüber hinaus sind das Gehäuse 40 und der erste Zweigblock 60 und der zweite Zweigblock 70 durch einen Verbindungsdraht 77a und dergleichen elektrisch verbunden.

[43]

Der erste Zweigblock 60 enthält eine Keramikleiterplatte und die Halbleiterchips 651 bis 653 und 661 bis 663, die sich über der Vorderseite der Keramikleiterplatte befinden. Darüber hinaus ist die Keramikleiterplatte über der Strahlungsplatte mit dazwischenliegendem Lot, Silberlot oder dergleichen (das nicht veranschaulicht ist) angeordnet. Die Halbleiterchips 651 bis 653 sind FWDs oder SBDs, die aus Silizium oder Siliziumkarbid hergestellt sind. Zum Beispiel besitzt jeder der Halbleiterchips 651 bis 653 eine Kathodenelektrode (eine negative Elektrode) als eine Hauptelektrode auf der Rückseite und besitzt eine Anodenelektrode (eine positive Elektrode) auf der Vorderseite. Zusätzlich sind die Halbleiterchips 661 bis 663 IGBTs, die aus Silizium hergestellt sind. Jeder der Halbleiterchips 661 bis 663 besitzt eine Kollektorelektrode (eine positive Elektrode) auf der Rückseite und besitzt eine Gate-Elektrode im Zentrum eines Kantenabschnitts der Vorderseite und eine Emitterelektrode (eine negative Elektrode) in einem Mittelabschnitt der Vorderseite.

[44]

Die Keramikleiterplatte enthält eine Isolationsplatte 62 und eine Metallplatte, die auf der Rückseite der Isolationsplatte 62 gebildet ist. Darüber hinaus enthält die Keramikleiterplatte 61 Schaltungsmuster 63a bis 63c, die über der Vorderseite der Isolationsplatte 62 gebildet sind. Jedes der Schaltungsmuster 63a bis 63c besitzt eine Form, die in 6 veranschaulicht ist und ist angeordnet. Zusätzlich sind die Halbleiterchips 651 bis 653 und 661 bis 663 über einem Mittelabschnitt des Schaltungsmusters 63a, der später beschrieben wird, angeordnet.

[45]

Der zweite Zweigblock 70 enthält eine Keramikleiterplatte 71 und die Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763, die sich über der Vorderseite der Keramikleiterplatte 71 befinden. Darüber hinaus ist die Keramikleiterplatte 71 über der Strahlungsplatte mit dazwischenliegendem Lot, Silberlot oder dergleichen (das nicht veranschaulicht ist) angeordnet.

[46]

Die Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763 sind aus Silizium oder Siliziumkarbid hergestellt. Dies ist gleich mit den Halbleiterchips 651 bis 653 und 661 bis 663. Die Halbleiterchips 651 bis 653 und 661 bis 663 sind auch FWDs und IGBTs. Entsprechend besitzt z. B. jeder der Halbleiterchips 751 bis 753 eine Kathodenelektrode (eine negative Elektrode) als eine Hauptelektrode auf der Rückseite und besitzt eine Anodenelektrode (eine positive Elektrode) auf der Vorderseite. Darüber hinaus besitzt jeder der Halbleiterchips 761 bis 763 eine Kollektorelektrode (eine positive Elektrode) auf der Rückseite und besitzt eine Gate-Elektrode im Zentrum eines Kantenabschnitts der Vorderseite und eine Emitterelektrode (eine negative Elektrode) in einem Mittelabschnitt der Vorderseite. Zusätzlich sind die Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763 über einem Mittelabschnitt des Schaltungsmusters 73a, das beschrieben später beschrieben wird, angeordnet.

[47]

Die Keramikleiterplatte 71 enthält eine Isolationsplatte 72 und eine Metallplatte, die auf der Rückseite der Isolationsplatte 72 gebildet ist. Darüber hinaus enthält die Keramikleiterplatte 71 die Schaltungsmuster 73a bis 73d, die über der Vorderseite der Isolationsplatte 72 gebildet sind. Jedes der Schaltungsmuster 73a bis 73d besitzt eine Form, die in 6 veranschaulicht ist, und ist angeordnet.

[48]

Es wird ein Fall beschrieben, in dem ein Strom eingegeben wird, um die Halbleitervorrichtung 10a, die die oben beschriebene Struktur besitzt, zu betreiben. In 6 ist der Fluss eines Stroms in der Halbleitervorrichtung 10a durch einen dickgedruckten Pfeil angezeigt. Ein gestrichelter Pfeil gibt den Fluss eines Stroms in Flächen der Schaltungsmuster 73a und 73b, über denen die Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763 angeordnet sind, an.

[49]

Mit der Halbleitervorrichtung 10a fließt ein Strom, der von einem externen Anschlussabschnitt 43 eingegeben wird, über den Verbindungsdraht 77a in das Schaltungsmuster 73a. Der Strom, der in das Schaltungsmuster 73a fließt, verteilt sich durch das Schaltungsmuster 73a. Der Strom, der sich durch das Schaltungsmuster 73a verteilt, strömt von den Kollektorelektroden auf den Rückseiten der Halbleiterchips 761 bis 763 in die Halbleiterchips 761 bis 763 und Ausgangsströme werden von den Emitterelektroden auf den Vorderseiten der Halbleiterchips 761 bis 763 ausgegeben. Es wird angenommen, dass zum jetzigen Zeitpunkt zu einem bestimmten Zeitpunkt Gate-Spannungen an die Gate-Elektroden der Halbleiterchips 761 bis 763 angelegt werden.

[50]

Die Ausgangsströme, die von den Emitterelektroden der Halbleiterchips 761 und 763 ausgegeben werden, fließen über Verbindungsdrähte 77c bzw. 77h in das Schaltungsmuster 73b. Der Ausgangsstrom, der von der Emitterelektrode des Halbleiterchips 762 ausgegeben wird, fließt über einen Verbindungsdraht 77d, den Halbleiterchip 752 und einen Verbindungsdraht 77f in das Schaltungsmuster 73b. Die Ausgangsströme, die auf diese Weise in das Schaltungsmuster 73b fließen, fließen durch das Schaltungsmuster 73b und fließen über den Verbindungsdraht 67a in das Schaltungsmuster 63a des ersten Zweigblocks 60.

[51]

Im zweiten Zweigblock 70, in dem ein Strom auf diese Weise fließt, sind die Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763 über einem Mittelabschnitt des Schaltungsmusters 73a angeordnet. Insbesondere unterscheiden sich die Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763 in Typ und Chip-Größe. Als Ergebnis besteht Bedarf, viele Flächen auf dem Schaltungsmuster 73a zum Anordnen der Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763 sicherzustellen. Darüber hinaus besteht dann, wenn die Halbleiterchips 751 bis 753 und 761 bis 763 über dem Schaltungsmuster 73a angeordnet sind, Bedarf, sie zickzackförmig über dem Mittelabschnitt des Schaltungsmusters 73a anzuordnen. Entsprechend wird dann, wenn die Halbleiterchips 761 bis 763 während eines Ansteuerns durch die Erregung Wärme erzeugen, die Wärme in einem Mittelabschnitt des zweiten Zweigblocks 70 konzentriert. Zusätzlich besteht eine Ungleichheit der Verdrahtungslänge zum Schaltungsmuster 73b zwischen den Ausgangsströmen, die von den Emitterelektroden der Halbleiterchips 761 und 763 ausgegeben werden. Dies führt zu einem Ungleichgewicht zwischen Gate-Spannungen, die an die Gate-Elektroden der Halbleiterchips 761 bis 763 angelegt werden. Entsprechend ist es schwierig, die Halbleiterchips 761 bis 763 in einer ausgewogenen Weise anzusteuern. Eine konkrete Beschreibung des ersten Zweigblocks 60, in den ein Strom vom zweiten Zweigblock 70 fließt, wird unterlassen. Allerdings fließt der Strom auf dieselbe Weise wie mit dem zweiten Zweigblock 70 und dasselbe Problem wie beim zweiten Zweigblock 70 ist vorhanden.

[52]

Wie beschrieben wurde, enthalten der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30, die in der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung 10 enthalten sind, die Halbleiterchips 25 und 26 bzw. die Halbleiterchips 35 und 36. Die Halbleiterchips 25, 26, 35 und 36 besitzen die Kollektorelektroden auf den Rückseiten und besitzen die Emitterelektroden 25b, 26b, 35b und 36b bzw. die Gate-Elektroden 25a, 26a, 35a und 36a auf den Vorderseiten. Darüber hinaus enthalten der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30 die Schaltungsmuster 23a bzw. 33a. Die Schaltungsmuster 23a und 33a sind in einer Draufsicht konkav und schließen mindestens Teile der Anordnungsbereiche 23a1 bzw. 33a1 ein. Die Rückseiten der Halbleiterchips 25 und 26 und die Halbleiterchips 35 und 36 sind über den Schaltungsmustern 23a bzw. 33a angeordnet. Zusätzlich enthalten der erste Zweigblock 20 und der zweite Zweigblock 30 die Schaltungsmuster 23b bzw. 33b. Die Schaltungsmuster 23b und 33b sind in den Anordnungsbereichen 23a1 bzw. 33a1 angeordnet. Mindestens Teile der Schaltungsmuster 23b und 33b sind durch die Schaltungsmuster 23a bzw. 33a umschlossen. Die Schaltungsmuster 23b und 33b sind mit den Emitterelektroden 25b und 26b der Halbleiterchips 25 und 26 und den Emitterelektroden 35b und 36b der Halbleiterchips 35 und 36 durch die Verbindungsdrähte 27b, 27c, 27d und 27e bzw. die Verbindungsdrähte 37b, 37c,37d und 37e elektrisch verbunden. Als Ergebnis sind die Halbleiterchips 25 und 26 und die Halbleiterchips 35 und 36, die über den Schaltungsmustern 23a und 33a angeordnet sind, nicht als Block über den Mittelabschnitten der Keramikleiterplatten 21 bzw. 31 angeordnet. Die Halbleiterchips 25 und 26 und die Halbleiterchips 35 und 36 sind über den Außenumfangsabschnitten der Keramikleiterplatten 21 bzw. 31 angeordnet. Entsprechend wird Wärme in den Keramikleiterplatten 21 und 31 verteilt und die Wärmeabfuhreigenschaft wird verbessert. Zusätzlich werden Emitter-Ströme, die aus den Halbleiterchips 25 und 26 und den Halbleiterchips 35 und 36 ausgegeben werden, in den Schaltungsmustern 23b und 33b, die in den Mittelabschnitten der Keramikleiterplatten 21 bzw. 31 angeordnet sind, gesammelt. Als Ergebnis sind Gate-Spannungen, die an die Gate-Elektroden 25a, 26a, 35a und 36a der Halbleiterchips 25, 26, 35 und 36 angelegt werden, gleich und die Halbleiterchips 25, 26, 35 und 36 werden in einer ausgewogenen Weise angesteuert. Dies unterbindet eine Verschlechterung der Eigenschaften der Halbleitervorrichtung 10, die den ersten Zweigblock 20 und den zweiten Zweigblock 30 enthält.

[53]

Das Vorhergehende beschreibt einfach das Prinzip der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus sind für Fachleute viele Modifikationen und Änderungen möglich. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die exakte Struktur und die Anwendungen, die oben angegeben und beschrieben werden, beschränkt. Es wird angenommen, dass alle entsprechenden Modifikationen und ihre Entsprechungen in den Umfang der vorliegenden Erfindung, der durch die begleitenden Ansprüche und ihre Entsprechungen angegeben wird, fallen.

Bezugszeichenliste

[54]

1, 10
Halbleitervorrichtung
2
Zweigblock
3
laminiertes Substrat
4
Substrat
5a
erstes Schaltungsmuster
5a1
erster Anordnungsbereich
5b
zweites Schaltungsmuster
6, 7
erster Halbleiterchip
6a, 7a
erste Steuerelektrode
6b, 7b
erste negative Elektrode
8a bis 8e
Verdrahtungselement
20
erster Zweigblock
21, 31
Keramikleiterplatte
22, 32
Isolationsplatte
23a bis 23d, 33a bis 33e
Schaltungsmuster
23a1
erster Verdrahtungsbereich
33a1
zweiter Anordnungsbereich
24, 34
Metallplatte
25, 26, 35, 36
Halbleiterchip
25a, 26a, 35a, 36a
Gate-Elektrode
25b, 26b, 35b, 36b
Emitterelektrode
27a bis 27j, 37a bis 37i
Verbindungsdraht
30
zweiter Zweigblock
40
Gehäuse
41
Einhausung
42
Speicherbereich
43 bis 45
externer Anschlussabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

[55]

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Zitierte Patentliteratur

[56]

  • US 5527620



Ein Zweigblock (2) enthält ein erstes Schaltungsmuster (5a) und ein zweites Schaltungsmuster (5b). Das erste Schaltungsmuster (5a) ist in einer Draufsicht konkav und die Rückseiten von ersten Halbleiterchips (6 und 7) sind über dem ersten Schaltungsmuster (5a) angeordnet. Das zweite Schaltungsmuster (5b) ist in einem ersten Anordnungsbereich (5a1) angeordnet und mindestens ein Teil des zweiten Schaltungsmusters (5b) ist im ersten Anordnungsbereich (5a1), der eine Konkavität des ersten Schaltungsmusters (5a) in einer Draufsicht ist, angeordnet. Das zweite Schaltungsmuster (5b) ist mit ersten negativen Elektroden (6b und 7b) durch erste Verdrahtungselemente (8b und 8C), die im ersten Anordnungsbereich (5a1) verbunden sind, elektrisch verbunden. Als Ergebnis sind die ersten Halbleiterchips (6 und 7), die über dem ersten Schaltungsmuster (5a) angeordnet sind, nicht als Block über einem Mittelabschnitt eines laminiertes Substrats (3) angeordnet und befinden sich über einem Außenumfangsabschnitt des laminierten Substrats (3). Entsprechend wird Wärme im laminierten Substrat (3) verteilt und eine Wärmeabfuhreigenschaft wird verbessert.



Halbleitervorrichtung, die einen ersten Zweigblock umfasst, der Folgendes enthält:
einen ersten Halbleiterchip, der eine erste positive Elektrode auf einer Rückseite aufweist und eine erste negative Elektrode und eine erste Steuerelektrode auf einer Vorderseite aufweist;
ein erstes Schaltungsmuster, das in einer Draufsicht konkav ist und über dem die erste positive Elektrode angeordnet ist; und
ein zweites Schaltungsmuster, das mindestens einen Teil besitzt, der in einem ersten Anordnungsbereich, der eine Konkavität des ersten Schaltungsmusters in einer Draufsicht ist, angeordnet ist und mit der ersten negativen Elektrode durch ein erstes Verdrahtungselement, das im ersten Anordnungsbereich verbunden ist, elektrisch verbunden ist.

Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei
der erste Halbleiterchip mehrfach vorgesehen ist und
die mehreren ersten Halbleiterchips über dem ersten Schaltungsmuster mit dem ersten Anordnungsbereich dazwischenliegend angeordnet sind.

Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Halbleiterchip ein in Sperrrichtung leitender Bipolartransistor mit isoliertem Gate (RC-IGBT) oder ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist.

Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner einen zweiten Zweigblock umfasst, der Folgendes enthält:
einen zweiten Halbleiterchip, der eine zweite positive Elektrode auf einer Rückseite besitzt und eine zweite negative Elektrode und eine zweite Steuerelektrode auf einer Vorderseite besitzt;
ein drittes Schaltungsmuster, das in einer Draufsicht konkav ist, das eine Konkavität gegenüber der Konkavität des ersten Schaltungsmusters besitzt und über dem die zweite positive Elektrode angeordnet ist; und
ein viertes Schaltungsmuster, das mindestens einen Teil besitzt, der in einem zweiten Anordnungsbereich, der die Konkavität des dritten Schaltungsmusters in einer Draufsicht ist, angeordnet ist und mit der zweiten negativen Elektrode durch ein zweites Verdrahtungselement, das im zweiten Anordnungsbereich verbunden ist, elektrisch verbunden.

Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zweite Schaltungsmuster in einer Draufsicht eine Form eines Buchstabens „L“ besitzt und einen ersten Abschnitt, der im ersten Anordnungsbereich angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der senkrecht zu einer Richtung verläuft, in der der erste Anordnungsbereich verläuft, enthält.

Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei das vierte Schaltungsmuster in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „L“ besitzt und einen dritten Abschnitt, der im zweiten Anordnungsbereich angeordnet ist, und einen vierten Abschnitt, der senkrecht zu einer Richtung, in der der zweite Anordnungsbereich verläuft, und in einer Richtung, die einer Richtung entgegengesetzt ist, in der der zweite Abschnitt des zweiten Schaltungsmusters verläuft, verläuft, enthält.

Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zweite Schaltungsmuster in einer Draufsicht eine Form eines Buchstabens „T“ besitzt und einen ersten Abschnitt, der im ersten Anordnungsbereich angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der senkrecht zu einer Richtung verläuft, in der der erste Anordnungsbereich verläuft, enthält.

Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei das vierte Schaltungsmuster in einer Draufsicht die Form des Buchstabens „T“ besitzt und einen dritten Abschnitt, der im zweiten Anordnungsbereich angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der senkrecht zu einer Richtung verläuft, in der der zweite Anordnungsbereich verläuft, enthält.

Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der erste Zweigblock ferner ein fünftes Schaltungsmuster enthält, das derart gebildet ist, dass das erste Schaltungsmuster zwischen dem fünften Schaltungsmuster und dem ersten Anordnungsbereich liegt, an das erste Schaltungsmuster angrenzend angeordnet ist und mit der ersten Steuerelektrode durch ein erstes Steuerungsverdrahtungselement elektrisch verbunden ist.

Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 8, wobei
der erste Zweigblock ferner ein fünftes Schaltungsmuster enthält, das derart gebildet ist, dass das erste Schaltungsmuster zwischen dem fünften Schaltungsmuster und dem ersten Anordnungsbereich liegt, an das erste Schaltungsmuster angrenzend angeordnet ist und mit der ersten Steuerelektrode durch ein erstes Steuerungsverdrahtungselement elektrisch verbunden ist; und
der zweite Zweigblock ferner ein sechstes Schaltungsmuster enthält, das derart gebildet ist, dass das dritte Schaltungsmuster zwischen dem sechsten Schaltungsmuster und dem zweiten Anordnungsbereich liegt, an das dritte Schaltungsmuster angrenzend angeordnet ist, in einer Position gegenüber dem fünften Schaltungsmuster mit dem ersten Anordnungsbereich und dem zweiten Anordnungsbereich dazwischenliegend angeordnet ist und mit der zweiten Steuerelektrode durch ein zweites Steuerungsverdrahtungselement elektrisch verbunden ist.