説明

半導体パワーモジュールのための接続配置

半導体パワーモジュール(100)は、少なくとも2つのサブモジュール(101−106)を含んでいる。サブモジュール(101−106)は、コレクタ(108)、エミッタ(109)およびゲート(110)を有する少なくとも1つのそれぞれのトランジスタ(107)を含んでいる。さらに、接続配置は、少なくとも2つのサブモジュール(101−106)のコレクタを外部回路部品に集合的に接続することに適したコレクタ端子ユニット(201)、少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の個別のエミッタ(109)を外部回路部品に個々に接続することに適した少なくとも2つのエミッタ端子ユニット(301−304)、および少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の個別のゲート(110)を外部回路部品に個々に接続することに適した少なくとも2つのゲート端子ユニット(401−404)を具備して提供される。

【発明の詳細な説明】
【背景】
【0001】
現在の開示は、一般、電子回路配置における大電流を制御するために使用される半導体パワーモジュールに関係する。特に、現在の開示は、外部回路部品にパワーモジュールを接続するための接続配置に関係する。さらに、現在の開示は、外部回路部品にパワーモジュールを接続するための方法に関係する。
【0002】
半導体パワーモジュールは、典型的には、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を含んでいる。単一のIGBTのアンペア容量が制限されるように、複数のIGBTは、半導体パワーモジュール内で並列に接続される。非対称のDCパス、ストレイインダクタンスおよび複雑な電磁結合効果により、並列のIGBTの間で電流アンバランスが生じるかもしれない。そのような電流アンバランスは、不適当な半導体パワーモジュール定格をもたらすかもしれない。
【概要】
【0003】
したがって、改善された定格電流を半導体パワーモジュールに提供することを目的とする。
【0004】
上記のことを考慮して、少なくとも2つのサブモジュールと接続配置とを含む半導体パワーモジュールが、提供される。サブモジュールは、コレクタ、エミッタおよびゲートを有する少なくとも1つのそれぞれのトランジスタを具備する。接続配置は、少なくとも2つのサブモジュールのコレクタを外部回路部品に集合的に接続することに適したコレクタ端子ユニットと、少なくとも2つのサブモジュールのそれぞれのエミッタを外部回路部品に個々に接続することに適した少なくとも2つのエミッタ端子ユニットと、少なくとも2つのサブモジュールのそれぞれのゲートを外部回路部品に個々に接続することに適した少なくとも2つのゲート端子ユニットと、を含んでいる。
【0005】
別の態様によれば、少なくとも2つのサブモジュールと接続配置とを含む半導体パワーモジュールを外部回路部品に接続するための方法が、提供される。サブモジュールは、コレクタ、エミッタおよびゲートを有する少なくとも1つのそれぞれのトランジスタを含んでいる。方法は、コレクタ端子ユニットを用いて、少なくとも2つのサブモジュールのコレクタを外部回路部品に集合的に接続するステップと、少なくとも2つのエミッタ端子ユニットを用いて、少なくとも2つのサブモジュールのそれぞれのエミッタを外部回路部品に個々に接続するステップと、少なくとも2つのゲート端子ユニットを用いて、少なくとも2つのサブモジュールのそれぞれのゲートを外部回路部品に個々に接続するステップと、を含んでいる。
【0006】
さらに典型的な実施形態は、従属クレーム、説明および添付の図面に従うものである。
【図面の簡単な説明】
【0007】
技術における通常の熟練者の一人に対してそれらの最良の形態を具備する本発明の十分で可能な開示は、添付の図面への言及を含む明細書の残りの中で特に述べられる。
【図1】図1は、典型的な実施形態による、4つのIGBTを並列に接続している半導体パワーモジュールの回路図を示し、IGBTのエミッタ端子ユニットおよびゲートユニットは、個々にアクセス可能である。
【図2】図2は、4つのIGBTを有する半導体パワーモジュールの回路図であり、2つのIGBTは、2つのそれぞれのサブモジュールの中でそれぞれグループ化される。
【図3】図3は、図2の中の回路構成に相当する回路構成を有する半導体パワーモジュールの回路配置を例証し、ゲートユニット中のバランス用ユニットは、半導体パワーモジュールのエミッタ端子ユニットおよびゲート端子ユニットに接続されることを示される。
【図4】図4は、別の典型的な実施形態による、半導体パワーモジュールの回路構成であり、2つの別個のゲートユニットは、電流バランスに使用される。
【図5】図5は、典型的な実施形態による、6つのサブモジュールおよび接続配置を含んでいる半導体パワーモジュールの平面図である。
【図6】図6は、典型的な実施形態による、6つのサブモジュールを有している半導体パワーモジュールのための接続配置の斜視図である。
【図7】図7は、図5に示された半導体パワーモジュールの断面であり、図7(a)は、1つのゲートエミッタペアの場合における標準のゲートユニット接続を示し、図7(b)は、2つのゲートエミッタペアの場合におけるゲートユニット接続を示す。
【図8】図8(a)は、アンバランス補償のない個々のサブモジュールのコレクタ電流を示すグラフであり、図8(b)は、アンバランス補償を備えた個々のモジュールのコレクタ電流を例証する。
【図9】図9は、典型的な実施形態による、接続配置を用いて、外部回路部品に半導体パワーモジュールを接続するための方法のフローチャートである。
【詳細な説明】
【0008】
様々な典型的な実施形態が、今詳細に言及されるだろう。それらの1つ以上の例が、図面の中で例証される。各例は、説明によって提供され、限定として意味されない。例えば、1つの実施形態の一部として例証または記述された特徴は、さらなる実施形態をさらに生み出すために、他の実施形態上でまたはその実施形態と共に使用することができる。現在の開示が、そのような変更および変化を含んでいることは、意図される。
【0009】
複数の実施形態は、以下に説明されるだろう。この場合、同一の構造的特徴は、図面中の同一の参照シンボルによって確認される。図面の中で示される構造は、スケールに忠実に描かれないが、実施形態についてのよりよい理解としてのみ役立つ。
【0010】
半導体パワーモジュールは、パワートランジスタのようないくつかのパワー部品のための物理的封じ込めを提供する。パワー部品は、コンパクト電子回路配置が提供されるように、共通基板または共通回路基板上で配列されてもよい。半導体パワーモジュールは、モジュールによって(例えば、100Aまたは150Aを超えるサポートされたコレクタ電流によって)扱うことができるパワー範囲によって定義されてもよい。具体的には、半導体パワーモジュールの電子部品は、AlSiC(アルミニウムケイ素カーバイド)ベースプレートおよび/またはAlN(窒化アルミニウム)セラミック基板上で配列されてもよい。そのような種類のモジュールは、HiPakモジュールの名前で知られている。
【0011】
さらに、半導体パワーモジュールは、いくつかのサブモジュールを含んでいてもよい。ここで、「サブモジュール」というタームは、半導体パワーモジュール内の回路配置を定義する。そこでは、サブモジュールのそれ自体は、少なくとも1つのそれぞれのトランジスタをそれぞれ含んでもよい。特に、単一のトランジスタを備えた回路配置は、サブモジュールと見なされてもよい。サブモジュールのこのトランジスタのコレクタ、エミッタ、およびゲートは、それぞれのコレクタ、エミッタおよびゲート端子ユニットに接続することができる。
【0012】
サブモジュールは、少なくとも1つのトランジスタを具備する半導体パワーモジュールの回路配置として定義されてもよい。より正確には、半導体パワーモジュール内のサブモジュールは、共通ゲートおよび/またはエミッタ端子を有することにより定義される(つまり、場合によっては、サブモジュールのすべてのトランジスタが、同じ共通ゲート端子および/または同じエミッタ端子に接続されるような、サブモジュール用の共通)。したがって、サブモジュールは、トランジスタでもよいし、または、少なくとも2つのトランジスタのグルーピングを含んでもよい。少なくとも2つのトランジスタを具備するサブモジュールの場合には、トランジスタは、望ましくは、類似の電流共有動作(current sharing behaviour)のような類似する電気的特性を有している。
【0013】
図1は、典型的な実施形態による半導体パワーモジュール100の回路図である。
【0014】
IGBT(IGBT、IGBT、IGBTおよびIGBT)として提供される4つのトランジスタ107は、高電流定格を提供するために並列に接続される。個々のトランジスタ107のコレクタ108は、互いに接続され、コレクタ端子ユニット201に接続される。個々のトランジスタ107のゲート110は、ゲート端子ユニット401、402、403および404に個々にそれぞれ接続される。
【0015】
さらに、個々のトランジスタ107のエミッタ109は、エミッタ端子ユニット301、302、303および304に個々にそれぞれ接続される。ここで、それぞれのエミッタ端子ユニットに個々に接続されているエミッタは、エミッタ当たりの1つのエミッタ端子ユニットがあり、そのエミッタに割り当てられていることを意味する。ここで、例えば、エミッタ端子ユニット301は、特に短いパスを有し、その結果、IGBTのエミッタに特に直接の反応を有するので、エミッタ端子ユニット301は、特に低いストレイインダクタンスを備えたIGBTのエミッタに割り当てられる。端子ユニット301がIGBTに個々に割り当てられる限り、エミッタ当たりの個々の端末ユニットは、端子ユニットが、例えば、より長いパスおよびより大きなストレイインダクタンスで、他のエミッタに間接的に接続されること(例えば、エミッタ端子ユニット400を介して他のエミッタに端子ユニット301の間接的に接続することによって、示されるように)を除外しない。
【0016】
コレクタ端子ユニット201、ゲート端子ユニット401、402、403および404、エミッタ端子ユニット301、302、303および304は、接続ピンが外部回路ユニットに接続するのに適するように、提供されてもよい。コレクタ端子ユニット用のさらなる例は、端子ランド、端子バーおよび端子パッドである。好ましくは、端子ユニットは、パワーモジュールのハウジングに固定して接続される。
【0017】
第4のトランジスタIGBTのエミッタは、共通のエミッタ端子ユニット400(または単に端子)に接続される。したがって、図1に示される回路配置は、半導体パワーモジュールのトランジスタ107のゲートの個別接続を外部回路ユニットに提供する。さらに、図1に示される回路配置は、半導体パワーモジュール100のトランジスタ107のエミッタの個別接続を外部回路ユニットに提供する。個々のトランジスタ107のゲートおよびエミッタの制御によって、非対称のDCのパス、ストレイインダクタンス、トランジスタの不適合、および複雑な電磁結合効果に起因する電流アンバランスを補正することが可能である。したがって、各トランジスタ107については、ゲートエミッタペアは、外部回路ユニットへの接続に利用可能である。積極的にまたは消極的に電流アンバランスを緩和するために、専用のゲート制御回路を適用することが可能である。
【0018】
図1では、これらのゲートエミッタペアは、ターミナル301/401、302/402、303/403および304/404でそれぞれ提供される。さらに、共通のエミッタ端子ユニット400は、第4のトランジスタIGBTのエミッタ端子に接続され、提供される。すべてのトランジスタのコレクタは、互いに接続され、コレクタ端子ユニット201に接続される。したがって、個々のトランジスタ107のコレクタ108は、単一のピン201で接続される。一方、個々のトランジスタのエミッタ109およびゲート110は、個々のエミッタ端子ユニット301−304および個々のゲート端子ユニット401−404によって外部回路ユニットに個々に接続可能である。
【0019】
パワーモジュール100中のすべてのトランジスタ107(IGBT)のゲートエミッタペアが、外部回路ユニットに個々に接続可能である、図1に示される回路配置に加えて、図2に示されるように、相互に類似のまたは同じ電気的特性を有するトランジスタ(個々のサブモジュール内の少なくとも1つのトランジスタ)をサブモジュール101、102内でグループ化することは可能である。「相互に類似のまたは同じ電気的特性」というタームは、同様の電流共有動作が提供されることを示してもよいことが、ここで留意される。さらに、ほぼ同じであり得る電気的特性は、エミッタコレクタ降下電圧、温度依存の電流などでもよい。「類似の」は、これらのパラメーターのうちのどれかまたはすべてにおいて20%未満の変化を意味する。
【0020】
典型的な実施形態では、次の半導体パワーモジュール設計を有することが可能である。
【0021】
(i)半導体パワーモジュール100内のすべてのIGBTのゲートエミッタペアは、外部回路部品に個々に接続可能である。
【0022】
(ii)パワーモジュール100内の各サブモジュールのゲートエミッタペアは、外部回路部品に個々に接続可能である。
【0023】
(iii)その電流共有動作は相互に類似のまたは同じであると知られている、IGBTグループのゲートエミッタペアは、外部回路部品に個々に接続可能である。
【0024】
図2では、図1に示されるIGBTは、サブモジュール101および102へグループ化される。トランジスタIGBTおよびIGBTは、サブモジュール101へグループ化される。そこでは、トランジスタIGBTおよびIGBTは、サブモジュール102へグループ化される。サブモジュール101および102は、別のサブモジュールコレクタ端子ユニット502に接続されるサブモジュールコレクタ端子ユニット501によって接続される。
【0025】
エミッタ端子ユニット400は、トランジスタIGBTのエミッタおよびトランジスタIGBTのエミッタの両方に接続される。
【0026】
図1に示される回路配置とは対照的に、図2に示される回路配置は、単に2つのエミッタ端子ユニットおよび2つのゲート端子ユニット(したがって、2つのサブモジュール101および102)、つまり、サブモジュール101用のサブモジュールエミッタ端子ユニット601およびサブモジュールゲート端子ユニット602、第2のサブモジュール102用のサブモジュールエミッタ端子ユニット701およびサブモジュールゲート端子ユニット702を有している。上に記述されるように、サブモジュールエミッタ端子ユニット601、701およびサブモジュールゲート端子ユニット602、702は、外部回路ユニットへの接続のために適した接続ピンとして、または、端子ランド、端子バー、端子パッドなどとして、提供されてもよい。
【0027】
したがって、サブモジュール101および102の各々は、サブモジュール接続配置を含んでいる。そこでは、サブモジュール接続配置は、(端子ユニットは、外部へのサブモジュールのトランジスタのコレクタ用の共通の接続を提供し、共通の接続は、すべてのコレクタへの並列および同様の方法で接続していることを意味して)サブモジュールの少なくとも2つのトランジスタ107のそれぞれのコレクタを外部回路部品に集合的に接続することに適したサブモジュールコレクタ端子ユニット501および502、サブモジュール101および102の少なくとも2のトランジスタIGBT、IGBTのそれぞれのエミッタ109(図1)を外部回路部品に集合的に接続することに適したサブモジュールエミッタ端子ユニット701および702、および、サブモジュール101および102の少なくとも2つのトランジスタ107(IGBT)のそれぞれのゲート110(図1)を外部回路部品に集合的に接続することに適したサブモジュールゲート端子ユニット602および702を含んでいる。
【0028】
典型的に、パワーモジュール100の少なくとも2つのサブモジュール101および102は、相互に類似のまたは同じ電気的特性を有しているトランジスタ107を各々具備する。好ましい実施形態によれば、図5に関して詳細にここで下に記述されるように、半導体パワーモジュール100は、6つのサブモジュール101、102、103、104、105および106を含んでいる。
【0029】
別の好ましい実施形態によれば、相互に類似のまたは同じ電気的特性を有するトランジスタが、それぞれのサブモジュールへグループ化されることは可能である。そのような各サブモジュール(トランジスタのグループ)は、少なくとも2つのサブモジュール101−106のコレクタ端子ユニットを外部回路部品に集合的に接続することに適したサブモジュールコレクタ端子ユニット501および502、少なくとも2つのサブモジュール101−106の少なくとも2つのエミッタ端子ユニットを外部回路部品に個々に接続することに適したサブモジュールエミッタ端子ユニット601および701、および、少なくともサブモジュール101−106の少なくとも2つのゲート端子ユニットを外部回路部品に個々に接続することに適したサブモジュールゲート端子ユニット602および702を具備する接続配置を有している。
【0030】
サブモジュール101−106中の少なくとも2つのトランジスタが、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)として形成されるのは、典型的な実施形態によってである。さらに、バイポーラトランジスタとしてサブモジュール101−106の少なくとも2つのトランジスタを提供することは可能である。バイポーラトランジスタには、ゲート(例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)の場合には、ゲートはさらにベースと呼ばれる)が提供されていることは、ここで留意される。
【0031】
図2では、ターミナルユニットは、第1のゲートエミッタペア601/602および第2のゲートエミッタペア701/702として提供される。より一般に、ターミナルユニットは、エミッタゲート端子ペアへグループ化される。半導体パワーモジュール100のサブモジュール101−106内の少なくとも2つのトランジスタ107のエミッタゲート端子ペアは、個々に提供されてもよい。半導体パワーモジュール100のサブモジュール101−106のエミッタゲート端子ペアは、個々に提供されてもよい。そこで、サブモジュール101−106内の少なくとも2つのトランジスタのエミッタは、互いに接続される。また、サブモジュール101−106内の少なくとも2つのトランジスタ107のゲート110は、互いに接続される。
【0032】
さらに、相互に類似のまたは同じ電流共有動作を個々に有するトランジスタ107のグループのエミッタゲート端子ペアを提供することは可能である。そこで、相互に類似のまたは同じ電流共有動作を有するトランジスタのグループのエミッタは、互いに接続される。また、相互に類似のまたは同じ電流共有動作を有するトランジスタのグループのゲートは、互いに接続される。
【0033】
図3は、ここで上に記述された図2のような半導体パワーモジュール100内に2つのサブモジュール101が提供される回路配置である。オーバーラップする記述を回避するために、前の図に関して記述された回路部品および部分が、次の図の中で詳述されないことは、ここで留意される。図2に関して記述された回路配置に加えて、上の図3に示される回路配置は、図2に示されるサブモジュールエミッタ端子ユニット601、701およびサブモジュールゲート端子ユニット602、702に接続されるバランス用ユニット202およびゲートユニット203を含んでいる。図3に示される半導体パワーモジュール100のサブモジュール101および102の間の電流バランスは、2つのサブモジュール101および102の間の電流バランスを提供する。ゲートユニット203は、2つのサブモジュール101および102を含む半導体パワーモジュール100をゲーティングするために提供される。
【0034】
半導体パワーモジュール100のサブモジュール101および102をゲーティングするための単一のゲートユニット203を提供する代わりに、2つの別個のゲートユニット(例えば、図4に示された第1のゲートユニット204および第2のゲートユニット205)を提供することが可能である。図4に示された追加回路部品は、それらの記述がここで省略されるように、図3に示された回路部品とは異ならない。図4では、2つの別個のゲートユニット、例えば、第1のゲートユニット204および第2のゲートユニット205は、2つのサブモジュール101および102の並列に接続されたトランジスタを個々に制御するために使用される。
【0035】
図5は、6つのサブモジュール部分101、102、103、104、105および106を有する半導体パワーモジュール100についての概略図である。ここで、サブモジュール部分101から106の各々は、トランジスタであるまたは少なくとも1つのトランジスタを具備し、トランジスタ(つまり、ゲート、エミッタおよびコレクタ端子を有している)として外部へ実質的に作用する。サブモジュール部分1の場合には、エミッタ端子は、E21として与えられ、ゲート端子は、G21として与えられ、コレクタ端子は、示されない。6つのサブモジュール部分101−106のこれらの端子は、2つの個別のゲートエミッタ端子ペアE、EおよびG、Gによるパワーモジュールの外部にそれぞれ接続される。ゲートエミッタ端子ペアE、Gは、3つの下部サブモジュール部分104〜106のゲートを外部に接続する。一方、ゲートエミッタ端子ペアE、Gは、3つの上部サブモジュール部分101〜103のゲートを外部に接続する。6つのサブモジュール部分すべてのコレクタ(示されない)は、外部に集合的に接続される。このように、3つの上部サブモジュール部分101〜103のグループは、共通のゲート端子G2および共通のエミッタ端子E2を有し、したがって、続くサブモジュールの定義によるサブモジュールと見なすことができる。
【0036】
半導体パワーモジュールは、サブモジュールへグループ化される。サブモジュールは、相互に類似する電気的特性を有してもよい。上に記述されるように、サブモジュールは、少なくとも1つのトランジスタを具備する。ここで、サブモジュールは、少なくとも1つのトランジスタ用の共通ゲートおよび/またはエミッタ端子を有する電気回路配置として定義される。ここで、たった1つの単一のトランジスタを有するサブモジュールの場合には、「共通の」ターミナルは、もちろん単にこのトランジスタのターミナルである。
【0037】
各サブモジュールは、(ある共通のコレクタ信号が、この端子ユニットを介してサブモジュールのすべてに適用されるような、サブモジュールのための集合的な)少なくとも2つのサブモジュールのコレクタ端子ユニットを外部回路部品に集合的に接続することに適したサブモジュールコレクタ端子ユニット、(個々のエミッタ信号が、この端子ユニットを介してそれぞれのサブモジュールに適用することができるような)少なくとも2つのサブモジュールの少なくとも2つのエミッタ端子ユニットを外部回路部品に個々に接続することに適したサブモジュールエミッタ端子ユニット、および(個々のゲート信号が、この端子ユニットを介してそれぞれのサブモジュールに適用することができるような)少なくとも2つのサブモジュールの少なくとも2つのゲート端子ユニットを外部回路部品に個々に接続することに適したサブモジュールゲート端子ユニットを含んでいる接続配置を有していてもよい。
【0038】
図5に示されるように、3つの上部サブモジュール部分101、102および103は、それらのゲート端子ユニットおよびそれらのエミッタ端子ユニットに対して並列に接続される。つまり、3つのサブモジュール部分101−103(E21、E22およびE23)のエミッタ端子は、互いに接続される。また、3つの上部サブモジュール部分101−103(G21、G22およびG23)の3つのゲート端子ユニットは、互いに接続される。3つの上部サブモジュール部分101、102および103のエミッタは、上部エミッタ端子ユニット801(サブモジュール部分101−103から成る上部サブモジュールのエミッタ端子ユニットE)に接続される。また、3つの上部サブモジュール部分101−103(G21、G22、G23)のゲートは、上部ゲート端子ユニット901(サブモジュール部分101−103から成る上部サブモジュールのゲート端子ユニットG)に接続される。
【0039】
同様のやり方で、少なくとも1つのトランジスタを各々具備する下部サブモジュール部分104−106は、互いに接続される。下部サブモジュール部分104−106(E14、E15、E16)のエミッタは、互いに接続され、下部エミッタ端子ユニット802(サブモジュール部分104−106から成る下部サブモジュールのエミッタ端子ユニットE)に接続される。また、下部サブモジュール部分104−106(G141、G15、G16)のゲートは、互いに、下部ゲート端子ユニット902(サブモジュール部分104−106から成る下部サブモジュールのゲート端子ユニットG)に接続される。したがって、図5に示される配置は、少なくとも1つのトランジスタを有し、相互に類似する電気的特性を有しているサブモジュール部分を、サブモジュールへグループ化することができる。したがって、上部サブモジュール101−103と下部サブモジュール104−106の間の電流アンバランスは、ゲートとエミッタ端子ユニット(GおよびE、およびG、それぞれE)の個別制御によって除去されてもよい。
【0040】
図6は、図5に示されるような6つのサブモジュール部分101、102、103、104、105および106を有する半導体パワーモジュール100の端末セットアップの斜視図である。異なるターミナルユニットは、外部回路部品への接続に適している。2つのゲートエミッタ端子ペアは、図6に示される。すなわち、第1のゲートエミッタ端子ペアは、上部エミッタ端子ユニット801および上部ゲート端子ユニット901を含んでいる。第2のゲートエミッタ端子ペアは、下部エミッタ端子ユニット802および下部ゲート端子ユニット902を含んでいる。
【0041】
図6に示される端末設定は、2つのサブモジュール(図5に示されるように、上部サブモジュールおよび下部サブモジュール)の個々の接続を提供する。ここに、例えば、上部エミッタ端子ユニット801は、上部サブモジュール101、102、103に割り当てられる。そこでは、下部エミッタ端子ユニット802は、下部サブモジュール104、105、106に割り当てられる。同様に、上部ゲート端子ユニット901は、上部サブモジュール101、102、103に割り当てられる。そこでは、下部ゲート端子ユニット902は、下部サブモジュール104、105、106に割り当てられる。
【0042】
図6の斜視図の中で示されるように、上部エミッタ端子ユニット801、下部エミッタ端子ユニット802、上部ゲート端子ユニット901および下部ゲート端子ユニット902は、パワーモジュール100の上部サブモジュールおよび半導体パワーモジュール100の下部サブモジュールの個別の接続のために別々にそれぞれアクセスすることができる。このゲートエミッタ端子コンセプトは、適用可能である。ここで、半導体パワーモジュール100の上部サブモジュールと下部サブモジュールとの間の電流アンバランスは、生じてもよい。
【0043】
図6に例証されるように(そこで、例えば、上部および下部エミッタ端子ユニット801および802は、相互に異なる形である)、異なるサブモジュールのエミッタ端子ユニットが、相互に異なる形になりえるのは、一般的な態様である。同様に、異なるサブモジュールのコレクタおよび/またはゲート端子ユニットは、相互に異なる形でもよい。これは、既存のパワーモジュールソケットに少なくとも部分的に合うターミナルユニットのデザインを許可する。
【0044】
図7(a)は、端子接続Eおよび端子接続Gを介して、外部回路部品への上部エミッタ端子ユニット801、下部エミッタ端子ユニット802、上部ゲート端子ユニット901および下部ゲート端子ユニット902のそれぞれの接続配置の断面である。図7(a)に示される配置では、個別のエミッタ端子ユニットおよび個別のゲート端子ユニットは、回路配置に互換性をもつために、互いに接続される(パワーモジュール自体の外部、ここで、ゲート/エミッタ端子ユニットは、サブモジュールに個々に接続される)。ここで、特定のサブモジュール(またはトランジスタ)のエミッタとゲートの個別のそれぞれの接続は、望まれない。
図7(a)に示される配置とは対照的に、図7(b)は、個々のエミッタ端子ユニット801、802およびゲート端子ユニット901、902の個々の接続を示す。図7(b)に示された配置では、半導体パワーモジュール100または個々のトランジスタのサブモジュールの上部列およびサブモジュールの下部列の個別のエミッタ(E1、E2)および個別のゲート(G1、G2)が、提供される。
【0045】
図8(a)および8(b)は、時間904のファンクションに従ったコレクタ電流905を示す図である。ここで、図8(a)にそれぞれ示された、異なるトランジスタのコレクタ電流またはサブモジュールは、配置に対応する。ここで、個々のゲートエミッタ端子ペアは提供されない。例えば、図8(a)は、コレクタ電流905を示す。個々のサブモジュール電流906は、アンバランス補償なしで示される。図8(b)に示される配置は、個々のゲートエミッタ端子接続に(例えば、それが図7(b)に示されるようなそのような接続に)対応する。
【0046】
図8の図の中で示されるように、アンバランス補償を備えた個々のサブモジュール電流(図8(b))は、アンバランス補償のない個々のサブモジュール電流906(図8(a)を参照)よりなおさら異ならない。図8(a)および8(b)に示される曲線は、受動の電流バランス配置を備えない(図8(a))およびその配置を備えた(図8(b))シミュレーションに起因する。
【0047】
図9は、外部回路ユニットに半導体パワーモジュールを接続するための方法を例証するフローチャートである。
【0048】
ステップS1では、手続きが開始される。ステップS2では、相互に類似する電気的特性を有するトランジスタは、半導体パワーモジュール内でグループ化される。ここで上に例証されるように、トランジスタがサブモジュールへさらにグループ化されてもよいことは留意される。
【0049】
その後、ステップS3へ手続き進む。ここでは、グループ化されたトランジスタのエミッタは、並列に接続される。例えば、グループ化されたトランジスタのエミッタは、互いおよびそれぞれのサブモジュールのエミッタ端子ユニットに接続される。その後、ステップS4では、グループトランジスタのそれぞれのゲートは、互いに接続される。
【0050】
ステップS5では、トランジスタグルーピングのエミッタゲート端子ペアが、形成される。ステップS6では、グループ化されたトランジスタのコレクタのエミッタゲート端子ペアは、外部回路ユニットに接続される。その後、ステップS7で、グループ化されたトランジスタ間の電流アンバランスが、測定される。ステップS8では、電流アンバランスが許容値未満か否かが決定される。電流アンバランスが許容値を超える場合(ステップS8の「NO」)、手続きは、ステップS2へ戻り、ステップS2からS7が繰り返される。
【0051】
それがステップS8で決定される場合、電流アンバランスが許容値未満である(ステップS8の「YES」)。その後、手続きは、ステップS9で終了される。サブモジュールの少なくとも2つのトランジスタのためのエミッタの接続に適したエミッタ端子ユニットが、単一のサブモジュール内に組み合わせられてもよいことが留意される。さらに、単一のサブモジュール内のサブモジュールの少なくとも2つのトランジスタのゲートの接続に適したゲート端子ユニットを組み合わせることが可能である。
【0052】
さらに、サブモジュールのエミッタ端子ユニットおよびゲート端子ユニットの両方は、半導体パワーモジュール内に独立して提供されてもよい。
【0053】
発明は、添付された図面に示された実施形態の基礎、それからさらなる利点および変更が出現することが記載されていた。しかしながら、その発明は、具体名辞で記述された実施形態に限定されないが、適切なやり方である程度修正および変更することができる。さらなる実施形態に達するために、適切なやり方で、個々の特徴、特徴を備えたある実施形態の特徴の組み合せ、別の実施形態の特徴の組み合せを組み合わせることが、発明の範囲内にある。
【0054】
ここでの教示に基づいて、開示された発明およびそのより広い態様から逸脱することなく、変更および修正がなされてもよいことは、当業者に明白だろう。すなわち、ここで上に述べられた例はすべて、典型的であり、限定しないように意図される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも2つのサブモジュール(101−106)と、
接続配置と、
を具備する半導体パワーモジュール(100)であって、
前記サブモジュール(101−106)は、コレクタ(108)、エミッタ(109)およびゲート(110)を有する少なくとも1つのそれぞれのトランジスタ(107)を具備し、
前記接続配置は、
前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の前記コレクタを外部回路部品に集合的に接続することに適したコレクタ端子ユニット(201)と、
前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の前記それぞれのエミッタ(109)を外部回路部品に個々に接続することに適した少なくとも2つのエミッタ端子ユニット(301−304)と、
前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の前記それぞれのゲート(110)を外部回路部品に個々に接続することに適した少なくとも2つのゲート端子ユニット(401−404)と、
を具備する、半導体パワーモジュール(100)。
【請求項2】
前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)は、6つの個々のトランジスタを各々具備する、請求項1に従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項3】
前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)は、相互に類似する電気的特性を有する複数のトランジスタを各々具備する、請求項1または2に従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項4】
前記半導体パワーモジュール(100)は、6つのサブモジュール(101−106)を具備する、前のクレームの少なくとも1つに従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項5】
相互に類似する電気的特性を有するサブユニットは、サブユニットのそれぞれのグループへグループ化され、
サブユニットの各グループは、それぞれの接続配置を有し、
前記接続配置は、
前記グループの前記サブモジュール(101−106)の前記コレクタ端子ユニット(201)を外部回路部品に集合的に接続することに適したサブモジュールグループコレクタ端子ユニット(201)と、
前記グループの前記サブモジュール(101−106)の前記少なくとも2つのエミッタ端子ユニット(301−304)を外部回路部品に個々に接続することに適したサブモジュールグループエミッタ端子ユニットと、
前記グループの前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の前記少なくとも2つのゲート端子ユニット(401−404)を外部回路部品に個々に接続することに適したサブモジュールグループゲート端子ユニットと、
を具備する、前のクレームの少なくとも1つに従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項6】
前記少なくとも1つのそれぞれのトランジスタ(107)は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタである、前のクレームの少なくとも1つに従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項7】
前記少なくとも1つのそれぞれのトランジスタ(107)は、バイポーラトランジスタ(107)である、前のクレームの少なくとも1つに従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項8】
前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)のエミッタゲート端子ペアは、各サブモジュール(101−106)のために個々に提供される、前のクレームの少なくとも1つに従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項9】
前記半導体パワーモジュール(100)のサブモジュールのエミッタゲート端子ペアは、個々に提供され、
前記サブモジュール内の少なくとも2つのトランジスタの前記エミッタ(109)は、互いに接続され、前記サブモジュール内の少なくとも2つのトランジスタの前記ゲート(110)は、互いに接続される、前のクレームの少なくとも1つに従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項10】
相互に類似の電流共有動作を有するトランジスタのグループのエミッタゲート端子ペアは、個々に提供され、
相互に類似の電流共有動作を有するトランジスタの前記グループの前記エミッタ(109)は、互いに接続され、
相互に類似の電流共有動作を有するトランジスタの前記グループの前記ゲート(110)は、互いに接続される、前のクレームの少なくとも1つに従う半導体パワーモジュール(100)。
【請求項11】
少なくとも2つのサブモジュール(101−106)と接続配置とを具備する半導体パワーモジュール(100)を外部回路部品に接続するための方法であって、
前記サブモジュール(101−106)は、コレクタ(108)、エミッタ(109)およびゲート(110)を有する少なくとも1つのそれぞれのトランジスタ(107)を具備し、
前記方法は、
コレクタ端子ユニット(201)を用いて、前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の前記コレクタを前記外部回路部品に集合的に接続することと、
少なくとも2つのエミッタ端子ユニット(301−304)を用いて、前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の前記それぞれのエミッタ(109)を前記外部回路部品に個々に接続することと、
少なくとも2つのゲート端子ユニット(401−404)を用いて、前記少なくとも2つのサブモジュール(101−106)の前記それぞれのゲート(110)を前記外部回路部品に個々に接続することと、
を具備する方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公表番号】特表2012−507166(P2012−507166A)
【公表日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−533717(P2011−533717)
【出願日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【国際出願番号】PCT/EP2009/064256
【国際公開番号】WO2010/049473
【国際公開日】平成22年5月6日(2010.5.6)
【出願人】(594075499)アーベーベー・リサーチ・リミテッド (89)
【氏名又は名称原語表記】ABB RESEARCH LTD.
【Fターム(参考)】