特表 2022-515074 半導体モジュールと中間回路コンデンサとを接続するための低インダクタンス接続デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-02-17

(54)【発明の名称】半導体モジュールと中間回路コンデンサとを接続するための低インダクタンス接続デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20220209BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021534938

(86)(22)【出願日】2019-11-25

(85)【翻訳文提出日】2021-08-16

(86)【国際出願番号】 EP2019082337

(87)【国際公開番号】W WO2020126316

(87)【国際公開日】2020-06-25

(31)【優先権主張番号】102018222017.4

(32)【優先日】2018-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(31)【優先権主張番号】102019202777.6

(32)【優先日】2019-03-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100195408

【弁理士】

【氏名又は名称】武藤 陽子

(72)【発明者】

【氏名】アレンツ，クリスティーネ

(72)【発明者】

【氏名】フラム，ギュンター

(72)【発明者】

【氏名】メルカー，ミヒャエル

(72)【発明者】

【氏名】シュッツ，ライナー

(57)【要約】

半導体モジュール（２０）を中間回路コンデンサ（３０）に接続するための低インダクタンス接続デバイス（１０）であって、半導体モジュール（２０）に接触するように設計された、少なくとも１つの第１の接触領域（１１ａ）、および第１の接触領域（１１ａ）とは逆極性の少なくとも１つの第２の接触領域（１２）と、中間回路コンデンサ（３０）に接触するように設計された、第１の接触領域（１１ａ）と同じ極性の少なくとも１つの第３の接触領域（１３ａ）、および第３の接触領域（１３ａ）とは逆極性の少なくとも１つの第４の接触領域（１４）と、第１の接触領域（１１ａ）と第３の接触領域（１３ａ）とを互いに接続するように設計された少なくとも１つの第１の接続領域（１５ａ）と、第２の接触領域（１２）と第４の接触領域（１４）とを互いに接続するように設計された少なくとも１つの第２の接続領域（１６ａ）と、を含み、第１の接続領域（１５ａ）と第２の接続領域（１６ａ）とが、それぞれ別個の平面状バスバーとして構成される、接続デバイス（１０）。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体モジュール（２０）を中間回路コンデンサ（３０）に接続するための低インダクタンス接続デバイス（１０）であって、
前記半導体モジュール（２０）に接触するように設計された、少なくとも１つの第１の接触領域（１１ａ）、および前記第１の接触領域（１１ａ）とは逆極性の少なくとも１つの第２の接触領域（１２）と、
前記中間回路コンデンサ（３０）に接触するように設計された、前記第１の接触領域（１１ａ）と同じ極性の少なくとも１つの第３の接触領域（１３ａ）、および前記第３の接触領域（１３ａ）とは逆極性の少なくとも１つの第４の接触領域（１４）と、
前記第１の接触領域（１１ａ）と前記第３の接触領域（１３ａ）とを互いに接続するように設計された少なくとも１つの第１の接続領域（１５ａ）と、
前記第２の接触領域（１２）と前記第４の接触領域（１４）とを互いに接続するように設計された少なくとも１つの第２の接続領域（１６ａ）と、を含み、
前記第１の接続領域（１５ａ）と前記第２の接続領域（１６ａ）とが、それぞれ別個の平面状バスバーとして構成される、
接続デバイス（１０）。

【請求項2】

前記第１の接続領域（１５ａ）と前記第２の接続領域（１６ａ）とが、互いに平面平行に配置される
請求項１に記載の接続デバイス。

【請求項3】

前記第１の接触領域（１１ａ）、前記第２の接触領域（１２）、前記第３の接触領域（１３ａ）、および前記第４の接触領域（１４）が、互いに平面平行に配置され、
前記第１の接続領域（１５ａ）および前記第２の接続領域（１６ａ）が、前記接触領域（１１ａ、１２、１３ａ、１４）に対して垂直に配置される
請求項１または２に記載の接続デバイス。

【請求項4】

前記第１の接続領域（１５ａ）と前記第２の接続領域（１６ａ）とが、絶縁層のみによって互いに離隔される
請求項１から３のいずれか一項に記載の接続デバイス。

【請求項5】

前記第１の接続領域（１５ａ）と前記第２の接続領域（１６ａ）とが、それぞれ別個の積層平面バスバーとして構成される
請求項１から４のいずれか一項に記載の接続デバイス。

【請求項6】

前記第１の接続領域（１５ａ）と前記第２の接続領域（１６ａ）との距離が一定である
請求項１から５のいずれか一項に記載の接続デバイス。

【請求項7】

前記第２の接続領域（１６ａ）が、少なくとも一部、前記第１の接続領域（１５ａ）と合同に構成され、好ましくは、前記第２の接触領域（１２）および／または前記第４の接触領域（１４）が、それぞれ前記第１の接触領域（１１ａ）および前記第３の接触領域（１３ａ）と合同に構成される
請求項１から６のいずれか一項に記載の接続デバイス。

【請求項8】

前記中間回路コンデンサ（３０）が、中間回路バスバーを備えて構成される
請求項１から７のいずれか一項に記載の接続デバイス。

【請求項9】

前記中間回路コンデンサ（３０）が、第１の段差部（２３３）および第２の段差部（２３４）を有する段差付き中間回路バスバー（２３０）を備えて構成され、
前記第２の段差部（２３４）が、前記第１の段差部（２３３）と平行にずらして配置され、
前記第１の段差部（２３３）に接触する接触領域（２１４）が、前記第２の段差部（２３４）から絶縁して、平面状に、前記第２の段差部（２３４）を越えて案内されるように延長される
請求項１から８のいずれか一項に記載の接続デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に半導体モジュールと中間回路コンデンサとの間の低インダクタンス接続デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体モジュールと中間回路コンデンサとの接続は、一般に、回路への悪影響が特に少なくなるように構成される。多くの場合、回路の総インダクタンスが主要な役割を果たす。ここで、これは、実効の総インダクタンス、または中間回路インダクタンス、半導体モジュール、中間回路コンデンサ、および２つの素子間の接続のインダクタンスの和である。

【0003】

特にインバータやコンバータなどの高速スイッチング素子の場合、転流セルのインダクタンスを最小限に抑えることが最も重要である。素子のスイッチングにより、時間およびインダクタンスに依存する電流ピークが生じ、ここで、素子のスイッチングが速いほど、および総インダクタンスが高いほど、電流ピークが高くなる。高すぎる電圧ピークによる素子の損傷を回避するために、設計上、素子の最大スイッチング速度は回路の総インダクタンスによって制限される。

【0004】

通常、そのような素子の接続は、例えばワイヤボンディング、特に太線ワイヤボンディングによって実現される。特に、最新の高速スイッチングＳｉＣ素子を使用するとき、そのような接続の接続インダクタンスは高すぎる。そのため、例えば、半導体モジュールと中間回路コンデンサとが、できるだけ低いインダクタンスで互いに接続される。

【0005】

したがって、従来の接続コンセプトでは、接続インダクタンスをさらに低減するために、リボンボンディングによって素子の接続が実現されていた。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の理由により、接続インダクタンスのさらなる低減が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

提案される、半導体モジュールを中間回路コンデンサに接続するための低インダクタンス接続デバイスは、半導体モジュールに接触するように設計された、少なくとも１つの第１の接触領域、および第１の接触領域とは逆極性の少なくとも１つの第２の接触領域と、中間回路コンデンサに接触するように設計された、第１の接触領域と同じ極性の少なくとも１つの第３の接触領域、および第３の接触領域とは逆極性の少なくとも１つの第４の接触領域と、第１の接触領域と第３の接触領域とを互いに接続するように設計された少なくとも１つの第１の接続領域と、第２の接触領域と第４の接触領域とを互いに接続するように設計された少なくとも１つの第２の接続領域と、を含む。第１の接続領域と第２の接続領域とはそれぞれ、別個の平面バスバーとして構成される。

【0008】

このようにして、接続デバイスの負の経路を通る電流は、少なくとも一部が、接続デバイスの正の経路を通る電流とは逆に流れる。したがって、少なくとも部分的に、接続デバイスのそれぞれ逆極性の経路を通る電流によって引き起こされる磁場が補償される。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスがさらに低減される。

【0009】

このようにして、逆極性の経路のそれぞれの接続長が同じ長さである半導体モジュールと中間回路コンデンサとの接続を確立することが可能である。これにより、接続デバイスの逆極性の経路の異なるサイズのループを回避することができる。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスをさらに低減することができる。

【0010】

好ましくは、第１の接続領域および第２の接続領域は、板金ストリップとして構成される。

【0011】

好ましくは、第１の接続領域および第２の接続領域は、深絞りによって、または打抜き曲げ部品として構成されるが、当業者によって適切と考えられる他の任意の方法で製造することができる。

【0012】

好ましい形態では、好ましくは、第１の接続領域および第２の接続領域は、互いに平面平行に配置される。

【0013】

したがって、上述した電流誘導磁場の消滅を特に簡単に達成することができる。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスがさらに低減される。

【0014】

好ましい形態では、好ましくは、第１の接触領域、第２の接触領域、第３の接触領域、および第４の接触領域は、互いに平面平行に配置される。第１の接続領域および第２の接続領域は、好ましくは、接触領域に対して垂直に配置される。

【0015】

このようにして、第１の接続領域と第１の接触領域および第３の接触領域との間の遷移は、第２の接続領域と第２の接触領域および第４の接触領域との間の遷移とは別に提供することができる。したがって、上述した電流誘導磁場の消滅を特に簡単に達成することができる。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスがさらに低減される。

【0016】

好ましくは、第１の接続領域および第２の接続領域は、互いに平行に配置される。
好ましくは、第１の接続領域は、第１の接続領域が第１の接触領域に接続される第１の接触セクションと、第１の接続領域が第３の接触領域に接続される第２の接触セクションとを備え、第１の接触セクションと第２の接触セクションとは、互いに平行または平面平行に配置される。

【0017】

好ましくは、第２の接続領域は、第２の接続領域が第２の接触領域に接続される第３の接触セクションと、第２の接続領域が第４の接触領域に接続される第４の接触セクションとを備え、第３の接触セクションと第４の接触セクションとは、互いに平行または平面平行に配置される。

【0018】

さらに、好ましくは、第１の接続領域および第２の接続領域は、それぞれ角度付きセクションを備え、第１の接続領域の角度付きセクションは、第２の接続領域の角度付きセクションに平行に配置される。

【0019】

したがって、第１の接続領域と第１の接触領域および第３の接触領域との接続位置、および第２の接続領域と第２の接触領域および第４の接触領域との接続位置は、接続インダクタンスに悪影響を与えることなく接続領域に対して垂直にずらして配置することができる。

【0020】

好ましい形態では、第１の接続領域と第２の接続領域とは、絶縁層のみによって互いに離隔される。

【0021】

好ましくは、絶縁層は、特に１００マイクロメートル未満の厚さの絶縁箔または紙層によって構成される。

【0022】

したがって、第１の接続領域と第２の接続領域との距離を最小限にすることができる。したがって、接続領域のそれぞれ逆極性の経路を通る電流によって引き起こされる磁場が補償される。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスがさらに低減される。

【0023】

好ましい形態では、第１の接続領域と第２の接続領域とはそれぞれ、別個の積層平面バスバーとして構成される。

【0024】

バスバーの平面構造により、接続領域は、ボンディングリボンを用いる実施形態に比べて小さなループを形成する。

【0025】

これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスをさらに低減することができる。

【0026】

好ましい形態では、第１の接続領域と第２の接続領域との距離は一定である。
したがって、接続領域のそれぞれ逆極性の経路を通る電流によって引き起こされる磁場が補償される。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスがさらに低減される。

【0027】

好ましい形態では、第２の接続領域は、少なくとも一部、第１の接続領域と合同に構成される。好ましくは、第２の接触領域および／または第４の接触領域が、それぞれ第１の接触領域および第３の接触領域と合同に構成される。

【0028】

第１の接続領域と第２の接続領域との合同性が高いほど、接続領域のそれぞれ逆極性の経路を流れる電流によって引き起こされる磁場がより良く補償される。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスがさらに低減される。

【0029】

好ましい形態では、中間回路コンデンサは、中間回路バスバーを備えて構成される。
これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスをさらに低減することができる。

【0030】

好ましい形態では、中間回路コンデンサが、第１の段差部および第２の段差部を有する段差付き中間回路バスバーを備えて構成され、第２の段差部が、第１の段差部と平行にずらして配置され、第１の段差部に接触する接触領域が、第２の段差部から絶縁されて、平面状に、第２の段差部を越えて案内されるように延長される。

【0031】

このようにして、逆極性の経路のそれぞれの接続長が同じ長さである半導体モジュールと中間回路コンデンサとの接続を確立することが可能である。これにより、接続デバイスの逆極性の経路の異なるサイズのループを回避することができる。これにより、接続インダクタンス、したがって中間回路インダクタンスをさらに低減することができる。

【0032】

以下、本発明を改良するさらなる手段を、図面に基づく本発明の好ましい例示的実施形態の説明と共に、より詳細に示す。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】第１の実施形態による接続デバイスを示す図である。

【図2】第２の実施形態による接続デバイスを示す図である。

【図3】第３の実施形態による接続デバイスを示す図である。

【図4】第３の実施形態による接続デバイスを通る電流の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

図１は、半導体モジュール２０を中間回路コンデンサ３０に接続するための第１の実施形態による接続デバイス１０を示す。接続デバイス１０は、正の第１の接触領域１１ａ、負の第２の接触領域１２、正の第３の接触領域１３ａ、および負の第４の接触領域１４を含む。

【0035】

半導体モジュール２０は、正の第１の半導体接触領域２１ａおよび負の第２の半導体接触領域２２を含む。さらに、半導体モジュール２０は、第１の半導体接触領域２１ａに電気的に接続された正の第３の半導体接触領域２１ｂを備える。第１の半導体接触領域２１ａと第３の半導体接触領域２１ｂとが、第２の半導体接触領域２２を取り囲む。

【0036】

中間回路コンデンサ３０は、正の第１の中間回路接触領域３１ａおよび負の第２の中間回路接触領域３２を含む。さらに、中間回路コンデンサ３０は、第１の中間回路接触領域３１ａに電気的に接続された正の第３の中間回路接触領域３１ｂを備える。第１の中間回路接触領域３１ａと第３の中間回路接触領域３１ｂとは、第２の中間回路接触領域３２を取り囲む。

【0037】

半導体モジュール２０のさらなる正の接触領域、すなわち第３の半導体接触領域２１ｂと、第３の中間回路接触領域３１ｂとが提供されるこの特別な実施形態は、接続インダクタンスを低減するのに役立つ。同様に、追加の負の接触領域を提供することもできる。

【0038】

したがって、接続デバイス１０は、正の第５の接触領域１１ｂおよび正の第６の接触領域１３ｂをさらに備える。

【0039】

第１の接触領域１１ａは、第１の半導体接触領域２１ａに接触する。第２の接触領域１２は、第２の半導体接触領域２２に接触する。第３の接触領域１３ａは、第３の中間回路接触領域３１に接触する。第４の接触領域１４は、第４の中間回路接触領域３２に接触する。第５の接触領域１１ｂは、第３の半導体接触領域２１ｂに接触する。第６の接触領域１３ｂは、第３の中間回路接触領域３１ｂに接触する。

【0040】

接続デバイス１０は、第１の接触領域１１ａと第３の接触領域１３ａとを互いに接続する正の第１の接続領域１５ａを備える。さらに、接続デバイス１０は、第２の接触領域１２と第４の接触領域１４とを互いに接続する負の第２の接続領域１６ａを備える。さらに、接続デバイス１０は、第２の接触領域１２と第４の接触領域１４とを互いに接続する負の第４の接続領域１６ｂを備える。さらに、接続デバイス１０は、第５の接触領域１１ｂと第６の接触領域１３ｂとを互いに接続する正の第３の接続領域１５ｂを備える。

【0041】

第１の接続領域１５ａは、比較的薄い絶縁箔のみによって第２の接続領域１６ａから離隔されている。第３の接続領域１５ｂは、比較的薄い絶縁箔のみによって第４の接続領域１６ｂから離隔されている。

【0042】

第１の接触領域１１ａ、第２の接触領域１２、第３の接触領域１３ａ、第４の接触領域１４、第５の接触領域１１ｂ、および第６の接触領域１３ｂは平面状に構成され、半導体モジュール２０または中間回路コンデンサ３０に平面平行に配置される。第１の接続領域１５ａ、第２の接続領域１６ａ、第３の接続領域１６ｂ、および第４の接続領域１６ｂは、半導体モジュール２０または中間回路コンデンサ３０に対して垂直に配置される。

【0043】

中間回路コンデンサ３０は、中間回路バスバーを備えて構成される。第１の中間回路接触領域３１ａおよび第３の中間回路接触領域３１ｂは、上側接触プレート３４によって形成される。第２の中間回路接触領域３２は、上側接触プレート３４の下に配置された下側接触プレート３３によって構成される。上側接触プレート３４には、下側接触プレート３３への自由なアクセスを可能にする窓３５が形成される。

【0044】

第４の接触領域１４は下側接触プレート３３に電気的に接続されるが、下側接触プレート３３は上側接触プレート３４の下に配置されるので、第４の接触領域１４は２つの屈曲部を有し、それにより、第４の接触領域１４は、第３の接触領域１３および第６の接触領域１３ｂの高さで第２の接続領域１６ａおよび第３の接続領域１６ｂに接触する。

【0045】

第１の接続領域１５ａは、第２の接続領域１６ａと合同に構成される。第３の接続領域１６ｂは、第４の接続領域１５ｂと合同に構成される。

【0046】

上述した設計により、半導体モジュール２０と中間回路コンデンサ３０との間の個々の接続領域１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂを通る正および負の電流経路は、ほぼ同じ長さである。

【0047】

それにより、接続デバイス１０の逆極性の電流誘導磁場は、特に良好に補償し合うことができる。

【0048】

中間回路インダクタンスをさらに低減するために、並列に接続された複数の半導体モジュール２０または中間回路コンデンサ３０が複数の接続デバイス１０によって接続され、複数の接続デバイス１０は、それぞれ、隣接する接触領域、この場合には第５の接触領域１１ｂおよび第６の接触領域１３ｂを共有する。

【0049】

例えば、このようにして、１．２４ｎＨのインダクタンスを達成することができ、これは、２．７２ｎＨの従来のリボンボンディング解決策に比べて低い。

【0050】

図２は、第２の実施形態による接続デバイス１１０を示す。基本的に、構造は、第１の実施形態による接続デバイス１０と同一である。接続デバイス１０とは異なり、各接続領域１１５ａ、１１５ｂ、１１６ａ、１１６ｂが窓１３５のそれぞれの縁部１３５ａにできるだけ近くなるように、接続領域１１５ａ、１１５ｂ、１１６ａ、１１６ｂが中間回路コンデンサ１３０に配置され、窓１３５が構成される。

【0051】

例えば、このようにしてインダクタンスを１．１６ｎＨに低減することができる。
図３は、第３の実施形態による接続デバイス２１０を示す。基本的に、構造は、第１の実施形態による接続デバイス１０と同一である。接続デバイス１０とは対照的に、中間回路コンデンサ２３０は、階段状の中間回路バスバーを備えて構成されている。上側接触プレート２３４は、上側段差部２３４として構成され、下側接触プレート２３３は、下側段差部２３３として構成される。

【0052】

上側接触プレート２３４は正の電位を有する。したがって、第３の接触領域２１３ａおよび第６の接触領域２１３ｂも段差部として構成され、これらは、下側段差部２３３から絶縁されて、平面状に、下側段差部２３３を越えて上側段差部２３４へ案内される。したがって、上側段差部２３４への正の電流経路は、下側段差部２３３への負の電流経路よりも長い。これは、接続インダクタンスに悪影響を及ぼす。

【0053】

したがって、第４の接触領域２１４は、絶縁されて上側段差部２３４を越えて案内されるように延長される。ここで、第４の接触領域２１４は、第３の接触領域２１３ａおよび第６の接触領域２１３ｂの下に合同に延在する。このようにすると、電流は、この場合には延長された第２の負の接触領域２１４を通って進む最低のインダクタンスを有する経路を選択するので、正の電流経路と負の電流経路は等しい長さである。

【0054】

図４は、第３の実施形態による接続デバイス２１０における負の電流経路Ｎおよび正の電流経路Ｐを示す。

【0055】

第１の接触領域２１１ａを通って、第１の正の電流領域ＩＰ１および第２の正の電流領域ＩＰ２が流れる。第２の接触領域２１２を通って、第１の負の電流領域ＩＮ１および第２の負の電流領域ＩＮ２が流れる。第１の接続領域２１５ａを通って、第３の正の電流領域ＩＰ３が流れ、第２の接続領域２１６ａを通って、第３の負の電流領域ＩＮ３が流れる。第３の接触領域２１３ａを通って、第４の正の電流領域ＩＰ４および第５の正の電流領域ＩＰ５が流れる。第４の接触領域２１０を通って、第４の負の電流領域ＩＮ４、第５の負の電流領域ＩＮ５、および第６の負の電流領域ＩＮ６が流れる。

【0056】

第１の負の電流領域ＩＮ１と第２の負の電流領域ＩＮ２との磁場はお互いに補償し合う（電力線上の円で表される）。第１の正の電流領域ＩＰ１と第２の正の電流領域ＩＰ２との磁場はお互いに補償し合う。第３の負の電流範囲ＩＮ３の磁場と第３の正の電流範囲ＩＰ３の磁場とはお互いに補償し合う。第４の負の電流領域ＩＮ４、第５の負の電流領域ＩＮ５、および第４の正の電流領域ＩＰ４の磁場はお互いに補償し合う。第６の負の電流領域ＩＮ６と第５の正の電流領域ＩＰ５との磁場はお互いに補償し合う。

【0057】

電流は最も低いインダクタンスの経路をたどるので、負の経路は第４の負の電流範囲ＩＮ４の後で終了せず、第５の電流領域ＩＮ５と第６の負の電流領域ＩＮ６とに沿って流れる。

【0058】

このようにして、リボンボンディング解決策と比較して接続インダクタンスを２０％低減することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】