(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１２）とコンデンサ（２）を備えて構成される半導体モジュールであって、
前記基板（１２）が、絶縁体（１４）と前記絶縁体（１４）上に配置された導電性の構造化伝導層（１５）とを有し、前記構造化伝導層（１５）上に、第１および第２の半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２）並びに第１および第２のダイオード（Ｄ１、Ｄ２）が配置され、かつ前記構造化伝導層（１５）に接続され、前記半導体モジュール（１）がフィルム複合体（１６）を有し、前記フィルム複合体（１６）が、第１および第２の金属フィルム層（１７、１９）、並びにこれら前記第１および第２の金属フィルム層（１７、１９）間に配置された電気絶縁フィルム層（１８）を有し、前記金属フィルム層（１７、１９）の少なくとも１つが構造化され、前記第１の半導体スイッチ（Ｔ１）と前記第２のダイオード（Ｄ２）が前記フィルム複合体（１６）に接続され、前記コンデンサ（２）の第１の電気接続部（２６）が前記フィルム複合体（１６）に接続され、前記コンデンサ（２）の第２の電気接続部（２３）が前記基板（１２）の前記構造化伝導層（１５）に導電接続され、前記第１の半導体スイッチ（Ｔ１）のコレクタ（Ｃ）が、前記第１のダイオード（Ｄ１）のカソードおよび前記コンデンサ（２）の前記第２の電気接続部（２３）に導電接続され、前記第１の半導体スイッチ（Ｔ１）のエミッタ（Ｅ）が、前記第２の半導体スイッチ（Ｔ２）の前記コレクタ（Ｃ）、前記第１のダイオード（Ｄ１）のアノード、および前記第２のダイオード（Ｄ２）のカソードに導電接続され、前記第２の半導体スイッチ（Ｔ２）のエミッタ（Ｅ）が、前記第２のダイオード（Ｄ２）のアノードおよび前記コンデンサ（２）の前記第１の電気接続部（２６）に導電接続され、
前記第２のダイオード（Ｄ２）と前記第１の半導体スイッチ（Ｔ１）が、第１のライン（２８）に沿って前記構造化伝導層（１５）上に配置され、前記第２の半導体スイッチ（Ｔ２）と前記第１のダイオード（Ｄ１）が、第２のライン（２９）に沿って前記構造化伝導層（１５）上に配置され、前記第１のライン（２８）が、前記第２のライン（２９）と平行に、または角度（α）で延在し、前記第１および第２の半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２）が、前記構造化伝導層（１５）上で互いに対角線上に配置され、前記第１および第２のダイオード（Ｄ１、Ｄ２）が、前記構造化伝導層（１５）上で互いに対角線上に配置され、
前記コンデンサ（２）が前記第１のライン（２８）に沿って配置されている半導体モジュール。
【請求項２】
前記コンデンサ（２）の前記第２の電気接続部（２３）が、前記コンデンサ（２）の前記第２の接続部（２３）が前記構造化伝導層（１５）に接続されることによって、前記基板（１２）の前記構造化伝導層（１５）に導電接続されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記コンデンサ（２）の前記第２の電気接続部（２３）が前記第２の金属フィルム層（１９）に接続され、かつ前記第２の金属フィルム層（１９）が前記構造化伝導層（１５）に接続されることによって、前記コンデンサ（２）の前記第２の電気接続部（２３）が、前記基板（１２）の前記構造化伝導層（１５）に導電接続され、前記コンデンサ（２）が、前記第１および第２の金属フィルム層（１７、１９）間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記コンデンサ（２）が、電気抵抗を前記コンデンサ（２）に統合することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記コンデンサ（２）が、１ｎＦ〜１０００ｎＦの範囲、または０．１ｍＦ〜１００ｍＦの範囲における静電容量を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記コンデンサ（２）が、半導体コンデンサの形態であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記第２の半導体スイッチ（Ｔ２）と前記第１のダイオード（Ｄ１）が、前記フィルム複合体（１６）に接続されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記半導体モジュール（１）がさらなるコンデンサ（２’）を有し、前記さらなるコンデンサ（２’）の第１の電気接続部（２６’）が、前記フィルム複合体（１６）に接続され、前記さらなるコンデンサ（２’）の第２の電気接続部（２３’）が、前記基板（１２）の前記構造化伝導層（１５）に導電接続されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記さらなるコンデンサ（２’）の前記第２の電気接続部（２３’）が、前記さらなるコンデンサ（２’）の前記第２の接続部（２３’）が前記構造化伝導層（１５）に接続されることによって、前記基板（１２）の前記構造化伝導層（１５）に導電接続されることを特徴とする、請求項８に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記さらなるコンデンサ（２’）の前記第２の電気接続部（２３’）が前記第２の金属フィルム層（１９）に接続されること、および前記第２の金属フィルム層（１９）が前記構造化伝導層（１５）に接続されることによって、前記さらなるコンデンサ（２’）の第２の電気接続部（２３’）が、前記基板（１２）の前記構造化伝導層（１５）に導電接続され、前記さらなるコンデンサ（２’）が、前記第１および第２の金属フィルム層（１７、１９）間に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
前記第２のダイオード（Ｄ２）と前記第１の半導体スイッチ（Ｔ１）が、第１のライン（２８）に沿って前記構造化伝導層（１５）上に配置され、前記第２の半導体スイッチ（Ｔ２）と前記第１のダイオード（Ｄ１）が、第２のライン（２９）に沿って前記構造化伝導層（１５）上に配置され、前記第１のライン（２８）が、前記第２のライン（２９）と平行に、または角度（α）で延在し、前記第１および第２の半導体スイッチ（Ｔ１、Ｔ２）が、前記構造化伝導層（１５）上で互いに対角線上に配置され、前記第１および第２のダイオード（Ｄ１、Ｄ２）が、前記構造化伝導層（１５）上で互いに対角線上に配置され、前記さらなるコンデンサ（２’）が、前記第２のライン（２９）に沿って配置されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項１２】
前記さらなるコンデンサ（２’）が、電気抵抗を前記さらなるコンデンサ（２’）に統合することを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項１３】
前記さらなるコンデンサ（２’）が、１ｎＦ〜１０００ｎＦの範囲、または０．１ｍＦ〜１００ｍＦの範囲における静電容量を有することを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項１４】
前記さらなるコンデンサ（２’）が、半導体コンデンサの形態であることを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
先行技術から周知の半導体モジュールの場合に、半導体スイッチおよびダイオードが、基板上に配置され、かつ基板の導体層、ボンディングワイヤ、および／またはフィルム層によって、互いに導電接続される。この場合に、半導体スイッチは、一般に、例えばＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタの形態である。基板上に配置された半導体スイッチ、およびダイオードは、電気的に相互接続されて、単一または複数のいわゆるハーフブリッジ回路を形成することが多く、これらのハーフブリッジ回路は、一般に、電圧および電流を整流し反転させるために用いられる。
【０００３】
特許文献１は、パワー半導体モジュールを開示しており、そのパワー半導体モジュールでは、半導体コンポーネントが、フィルム複合体によって互いに電気的に接続される。
【０００４】
特許文献２は、半導体コンデンサを開示する。
【０００５】
ダイオード、半導体スイッチ、および恐らく他の要素間の電気接続部は、寄生インダクタンスを有し、寄生インダクタンスは、半導体スイッチがオフされた場合に過電圧に帰着する。過電圧を低減するために、ハーフブリッジ回路は、コンデンサに導電接続されるが、このコンデンサは、当業者によって、いわゆるスナバコンデンサとも呼ばれる。過電圧を最小化するために、ハーフブリッジ回路の特に低インダクタンの設計、およびハーフブリッジ回路へのコンデンサの特に低インダクタンスの電気接続も、また望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ １０３ ５５ ９２５ Ａ１
【特許文献２】ＤＥ １０ ２００９ ００１ ９１９ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、少なくとも１つのコンデンサおよび少なくとも１つのブリッジ回路を含む半導体モジュールを提供することであり、この半導体モジュールは、特に低インダクタンスの設計を有する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、基板およびコンデンサを含む半導体モジュールであって、基板が、絶縁体および導電性の構造化伝導層を有し、構造化伝導層が、絶縁体上に配置され、第１および第２の半導体スイッチ並びに第１および第２のダイオードが、構造化伝導層上に配置され、かつ構造化伝導層に接続され、半導体モジュールが、フィルム複合体を有し、フィルム複合体が、第１および第２の金属フィルム層、並びに第１および第２の金属フィルム層間に配置された電気絶縁フィルム層を有し、金属フィルム層の少なくとも１つが、構造化され、第１の半導体スイッチおよび第２のダイオードが、フィルム複合体に接続され、コンデンサの第１の電気接続部が、フィルム複合体に接続され、コンデンサの第２の電気接続部が、基板の構造化伝導層に導電接続され、第１の半導体スイッチのコレクタが、第１のダイオードのカソード、およびコンデンサの第２の電気接続部に導電接続され、第１の半導体スイッチのエミッタが、第２の半導体スイッチのコレクタ、第１のダイオードのアノード、および第２のダイオードのカソードに導電接続され、第２の半導体スイッチのエミッタが、第２のダイオードのアノード、およびコンデンサの第１の電気接続部に導電接続される半導体モジュールによって達成される。
【０００９】
本発明の有利な展開は、従属請求項において提供される。
【００１０】
コンデンサの第２の接続部が構造化伝導層に接続されることによって、コンデンサの第２の電気接続部が、基板の構造化伝導層に導電接続される場合には有利であることが分かった。これによって、半導体モジュールの特にコンパクト設計が可能になる。
【００１１】
さらに、コンデンサの第２の電気接続部が第２の金属フィルム層に接続されること、および第２の金属フィルム層が構造化伝導層に接続されることによって、コンデンサの第２の電気接続部が、基板の構造化伝導層に導電接続され、コンデンサが、第１および第２の金属フィルム層間に配置される場合には有利であることが分かった。なぜなら、これによって、コンデンサの可変配置および半導体モジュールの柔軟な設計が可能になるためである。
【００１２】
さらに、第２のダイオードおよび第１の半導体スイッチが、第１のラインに沿って構造化伝導層上に配置され、第２の半導体スイッチおよび第１のダイオードが、第２のラインに沿って構造化伝導層上に配置され、第１のラインが、第２のラインと平行に、または角度（α）で走り、第１および第２の半導体スイッチが、構造化伝導層上で互いに対して対角線上に配置され、第１および第２のダイオードが、構造化伝導層上で互いに対して対角線上に配置される場合には有利であることが分かった。これによって、半導体モジュールの特に低インダクタンスの設計が提供される。
【００１３】
さらに、コンデンサが第１のラインに沿って配置されると、コンデンサのこの配置によって、半導体モジュールの特に低インダクタンスの設計が提供されるため、有利であることが分かった。
【００１４】
さらに、コンデンサが電気抵抗をコンデンサに統合する場合、電気抵抗によって過電圧振動を素早く低減できるため、有利であることが分かった。
【００１５】
さらに、コンデンサが、１ｎＦ〜１０００ｎＦの範囲、または０．１ｍＦ〜１００ｍＦの範囲における静電容量を有する場合には有利であることが分かった。コンデンサが、スナバコンデンサとして働く場合に、コンデンサは、１ｎＦ〜１０００ｎＦの範囲における静電容量を有するのが好ましい。コンデンサが、中間回路コンデンサとして働く場合に、コンデンサは、０．１ｍＦ〜１００ｍＦの範囲における静電容量を有するのが好ましい。
【００１６】
さらに、コンデンサが半導体コンデンサの形態である場合、半導体モジュールの特に低インダクタンスの設計が実現されるため、有利であることが分かった。しかしながら、コンデンサは、例えば、フィルムコンデンサまたはセラミックコンデンサの形態など、別のタイプのコンデンサ形態であることももちろん可能である。
【００１７】
さらに、第２の半導体スイッチおよび第１のダイオードがフィルム複合体に接続されると、これによって、半導体モジュールの非常に低インダクタンスの設計が提供されるため、有利であることが分かった。
【００１８】
さらに、半導体モジュールが、さらなるコンデンサを有し、さらなるコンデンサの第１の電気接続部が、フィルム複合体に接続され、さらなるコンデンサの第２の電気接続部部が、基板の構造化伝導層に導電接続される場合には有利であることが分かった。これによって、半導体モジュールの特にコンパクト設計が可能になる。
【００１９】
さらに、さらなるコンデンサの第２の電気接続部が、さらなるコンデンサの第２の接続部が構造化伝導層に接続されることによって、基板の構造化伝導層に導電接続される場合には有利であることが分かった。これによって、半導体モジュールの特にコンパクトな設計が可能になる。
【００２０】
さらに、さらなるコンデンサの第２の電気接続部が第２の金属フィルム層に接続されること、および第２の金属フィルム層が構造化伝導層に接続されることによって、さらなるコンデンサの第２の電気接続部が、基板の構造化伝導層に導電接続され、この場合に、さらなるコンデンサが、第１および第２の金属フィルム層間に配置される場合には有利であることが分かった。なぜなら、これによって、さらなるコンデンサの可変配置が可能になるためである。
【００２１】
さらに、第２のダイオードおよび第１の半導体スイッチが、第１のラインに沿って構造化伝導層上に配置され、第２の半導体スイッチおよび第１のダイオードが、第２のラインに沿って構造化伝導層上に配置され、第１のラインが、第２のラインと平行に、または角度（α）で走り、第１および第２の半導体スイッチが、構造化伝導層上で互いに対して対角線上に配置され、第１および第２のダイオードが、構造化伝導層上で互いに対して対角線上に配置され、さらなるコンデンサが、第２のラインに沿って配置される場合には有利であることが分かった。これによって、半導体モジュールの特に低インダクタンスの設計が提供される。
【００２２】
さらに、さらなるコンデンサが電気抵抗をさらなるコンデンサに統合する場合、電気抵抗によって過電圧振動を素早く低減できるため、有利であることが分かった。
【００２３】
さらに、さらなるコンデンサが、１ｎＦ〜１０００ｎＦの範囲、または０．１ｍＦ〜１００ｍＦの範囲における静電容量を有する場合には有利であることが分かった。さらなるコンデンサが、スナバコンデンサとして働く場合に、さらなるコンデンサは、１ｎＦ〜１０００ｎＦの範囲における静電容量を有するのが好ましい。さらなるコンデンサが、中間回路コンデンサとして働く場合に、さらなるコンデンサは、０．１ｍＦ〜１００ｍＦの範囲における静電容量を有するのが好ましい。
【００２４】
さらに、さらなるコンデンサが半導体コンデンサの形態である場合、半導体モジュールの特に低インダクタンスの設計が実現されるため、有利であることが分かった。
【００２５】
本発明の例示的な実施形態が、図に示され、以下でより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による半導体モジュールの電気回路図と、第１の半導体スイッチがオンされた場合に半導体モジュールを流れる電流とを示す。
【図２】本発明による半導体モジュールの電気回路図と、第１の半導体スイッチがちょうどオフされ、かつ電流が第２のダイオードを流れている場合に半導体モジュールを流れる電流とを示す。
【図３】本発明による半導体モジュールの図式断面図を示し、この図は、半導体モジュールの第１のラインに沿って走り、かつ第１の半導体スイッチがオンされた場合に半導体モジュールを流れる電流プロファイルの図を含む。
【図４】第１の半導体スイッチがオンされた場合における、半導体モジュールを流れる電流プロファイルの図を含む、本発明による半導体モジュールの上からの図式図を示す。
【図５】本発明による半導体モジュールの図式断面図を示すが、この図は、半導体モジュールの第１のラインに沿って走り、かつ第１の半導体スイッチがちょうどオンされて、電流が第２のダイオードを流れている場合に半導体モジュールを流れる電流プロファイルの図を含む。
【図６】第１の半導体スイッチがちょうどオンされ、かつ電流が第２のダイオードを流れている場合に、半導体モジュールを流れる電流プロファイルの図を含む、本発明による半導体モジュールの上からの図式図を示す。
【図７】本発明による半導体モジュールのさらなる設計を示す。
【図８】本発明による半導体モジュールのさらなる設計を示す。
【図９】本発明による半導体モジュールの図式断面図を示すが、この図は、半導体モジュールの第２のラインに沿って走る。
【図１０】本発明による半導体モジュールのさらなる設計を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明による半導体モジュール１の電気回路図と、第１の半導体スイッチＴ１がオンされた場合に半導体モジュール１を流れる電流とを示す。電流プロファイルは、この場合には矢印の形で図１に示されている。本発明による半導体モジュール１は、第１の半導体スイッチＴ１、第２の半導体スイッチＴ２、第１のダイオードＤ１、および第２のダイオードＤ２を有する。第１の半導体スイッチＴ１、第２の半導体スイッチＴ２、第１のダイオードＤ１、および第２のダイオードＤ２は、この場合に互いに電気的に接続されて、いわゆるハーフブリッジ回路３０を形成する。すなわち、第１の半導体スイッチＴ１のコレクタＣは、第１のダイオードＤ１のカソードに導電接続され、第１の半導体スイッチＴ１のエミッタＥは、第２の半導体スイッチＴ２のコレクタＣ、第１のダイオードＤ１のアノード、および第２のダイオードＤ２のカソードに導電接続され、第２の半導体スイッチＴ２のエミッタＥは、第２のダイオードＤ２のアノードに導電接続される。
【００２８】
さらに、半導体モジュール１は、コンデンサ２を有し、コンデンサ２は、第１および第２の電気接続部を有する。コンデンサ２の第２の電気接続部は、第１の半導体スイッチＴ１のコレクタＣおよび第１のダイオードＤ１のカソードに導電接続される。コンデンサ２の第１の電気接続部は、第２の半導体スイッチＴ２のエミッタＥおよび第２のダイオードＤ２のアノードに導電接続される。
【００２９】
この時点で、半導体モジュール１がまた、図示のハーフブリッジ回路３０に加えて、さらなるハーフブリッジ回路を有することができ、これらのさらなるハーフブリッジ回路が、好ましくはハーフブリッジ回路３０と同じ方法でコンデンサ２に接続されるという事実に言及する。したがって、半導体モジュール１は、例えば、３つのハーフブリッジ回路を有することができ、そのことにより、ブリッジ回路における半導体スイッチの対応する作動によって、例えばモータを作動させるための三相ＡＣ電圧が、ＤＣ電圧Ｕｓから生成される。
【００３０】
例示的な実施形態の文脈において、コンデンサ２は、ＤＣ電圧Ｕｓを発生するＤＣ電圧発生装置３に導電接続される。ブリッジ回路３０は、負荷１１に導電接続される。図示の例示的な実施形態において、ＤＣ電圧発生装置３は、半導体モジュール１に外部的に接続される。これは、必ずしもその通りである必要はない。半導体モジュール１はまた、ＤＣ電圧発生装置３を有することができ、したがってＤＣ電圧発生装置３は、半導体モジュール１の一体部分とすることができる。
【００３１】
ダイオード、半導体スイッチ、およびコンデンサ２間の電気接続部は、寄生インダクタンス４、５、６、７、８、および９を有し、これらのインダクタンスは、半導体スイッチがオフされた場合に過電圧に帰着する。コンデンサ２は、過電圧を低減するように働き、当業者によって、いわゆるスナバコンデンサとも呼ばれる。
【００３２】
第１の半導体スイッチＴ１がオンされた場合に、電流は、第１の半導体スイッチＴ１および負荷１１を流れる。
【００３３】
第１の半導体スイッチＴ１がオフされた場合に、負荷１１のインダクタンスゆえに、電流は、負荷１１を通って同じ方向に引き続き流れ、第１の半導体スイッチＴ１から第２のダイオードＤ２へ方向を転換する。次に、電流は、第２のダイオードＤ２を流れる。この状態は、図２に示されている。第２の半導体スイッチＴ２から第１のダイオードＤ１への電流の転流動作は、同様に進む。
【００３４】
図３は、第１の半導体スイッチＴ１がオンされた場合に、矢印によって半導体モジュールを流れる電流プロファイルを含む、本発明による半導体モジュール１の図式断面図を示す。図３において、同一の要素は、図１および図２と同じ参照符号を与えられた。図示の断面は、図４に示す第１のライン２８に沿って走る。
【００３５】
本発明による半導体モジュール１は、基板１２を有する。例示的な実施形態の文脈において、基板１２は、非導電性絶縁体１４、および導電性の構造化伝導層１５を有し、構造化伝導層１５は、絶縁体１４上に配置され、かつその構造の結果として電気導体トラックを形成する。好ましくは、基板１２は、導電性の、好ましくは構造化されていないさらなる伝導層１３を有し、この場合に、絶縁体１４は、構造化伝導層１５とさらなる伝導層１３との間に配置される。一般に、基板上に配置された要素を冷却するために用いられるヒートシンクが、さらなる伝導層１３上に配置される。例えば、構造化伝導層１５およびさらなる伝導層１３は、例えば銅からなることができる。基板１２は、例えば、ＤＣＢ基板の形態または絶縁された金属基板の形態にすることができる。
【００３６】
第１および第２の半導体スイッチＴ１およびＴ２、並びに第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２は、構造化伝導層１５上に配置され、構造化伝導層１５に接続される。構造化伝導層１５への、半導体スイッチおよびダイオードのそれぞれの接続は、この場合に、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、第１および第２半導体スイッチＴ１およびＴ２、並びに第１および第２のダイオードＤ１およびＤ２は、構造化伝導層１５に直接接続される。この場合に、半導体スイッチおよびダイオードは、それらの、構造化伝導層１５に面する側で、構造化伝導層１５に接続される。
【００３７】
さらに、半導体モジュール１は、フィルム複合体１６を有し、フィルム複合体１６は、第１の金属フィルム層１７および第２の金属フィルム層１９、並びに電気絶縁フィルム層１８を有し、電気絶縁フィルム層１８は、第１および第２の金属フィルム層間に配置され、金属フィルム層の少なくとも１つが、構造化される。この場合に、絶縁フィルム層１８は、同様に構造化することができる。すなわち、フィルム複合体１６は、第１および第２の金属フィルム層間に絶縁フィルム層１８が配置されない少なくとも１つの領域を有することができる。したがって、絶縁フィルム層１８は、フィルム複合体１６の領域全体にわたって第１および第２の金属フィルム層間に配置される必要はない。フィルム層は、接着ボンドによって互いに接続されるのが好ましい。金属フィルム層は、導電性であり、例えばアルミニウムまたは銅からなることができる。この場合に、例示的な実施形態の文脈において、第２の金属フィルム層１９は、構造化され、したがって例示的な実施形態の文脈において、遮断部２５および３０を有する（図７および図８を参照）。
【００３８】
第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２は、フィルム複合体１６に接続され、この場合に、構造化伝導層１５から遠い、第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２の側は、例示的な実施形態の文脈において、第２の金属フィルム層１９に接続される。第２の金属フィルム層１９への、第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２の接続は、この場合に、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２は、フィルム複合体１６に直接接続される。
【００３９】
例示的な実施形態の文脈において、図９に示すように、第２の半導体スイッチＴ２および第１のダイオードＤ１はまた、フィルム複合体１６に接続され、この場合に、構造化伝導層１５から遠い、第２の半導体スイッチＴ２および第１のダイオードＤ１の側は、例示的な実施形態の文脈において、第２の金属フィルム層１９に接続される。第２の金属フィルム層１９への、第２の半導体スイッチＴ２および第１のダイオードＤ１の接続は、この場合に、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、第２の半導体スイッチＴ２および第１のダイオードＤ１は、フィルム複合体１６に直接接続される。
【００４０】
さらに、既に上記したように、半導体モジュール１は、コンデンサ２を有し、コンデンサ２の第１の電気接続部２６は、フィルム複合体１６に接続され、コンデンサ２の第２の電気接続部２３は、基板１２の構造化伝導層１５に導電接続される。図３および図５示す例示的な実施形態、並びに図８に示す例示的な実施形態において、コンデンサ２の第２の電気接続部２３は、コンデンサ２の第２の電気接続部２３が構造化伝導層１５に接続されることによって、基板１２の構造化伝導層１５に導電接続される。コンデンサ２は、基板１２の構造化伝導層１５上に配置される。コンデンサ２の第２の電気接続部２３と構造化伝導層１５との間の接続は、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、コンデンサ２の第２の電気接続部２３は、構造化伝導層１５に直接接続される。
【００４１】
コンデンサ２の第１の電気接続部２６は、この場合に、コンデンサ２の第１の電気接続部２６が第１の金属フィルム層１７に接続されることによって、フィルム複合体１６に接続される。コンデンサ２の第１の電気接続部と第１の金属フィルム層１７との間の接続は、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、コンデンサ２の第１の電気接続部２６は、フィルム複合体１６に直接接続される。
【００４２】
例示的な実施形態の文脈において、フィルム複合体１６は、ビア２０を有するが、ビア２０は、絶縁フィルム層１８を通過し、かつビア２０の領域において、第１および第２の金属フィルム層１７および１９を互いに導電接続する。ビア２０は、導電材料からなる。
【００４３】
本発明に従うフィルム複合体１６および基板１２による、第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２へのコンデンサ２の電気接続ゆえに、ブリッジ回路３０へのコンデンサ２の低インダクタンス電気接続、およびブリッジ回路３０の低誘導設計が実現される。
【００４４】
図４は、本発明による半導体モジュール１、および第１の半導体スイッチＴ１がオンされた場合に矢印によって半導体モジュールを流れる電流プロファイルの、上からの図式図を示す。この場合に、フィルム複合体１６は、明確さのために図４には示されない。この場合に、図４において、同一の要素は、図３と同じ参照符号を与えられた。図３および図４は、半導体モジュール１を通る、図１に関連する電流プロファイルを矢印によって示す。
【００４５】
例示的な実施形態の文脈において、第２のダイオードＤ２および第１の半導体スイッチＴ１は、第１のライン２８に沿って、特にその上で構造化伝導層１５上に配置され、第２の半導体スイッチＴ２および第１のダイオードＤ１は、第２のライン２９に沿って、特にその上で、構造化伝導層１５上に配置され、この場合に第１のライン２８は、第２のライン２９と平行に走り、第１および第２の半導体スイッチは、構造化伝導層１５上で、互いに対して対角線上に配置され、第１および第２のダイオードは、構造化伝導層１５上で、互いに対して対角線上に配置される（図４における破線矢印を参照）。第１および第２のライン２８および２９は、互いから離れて離間配置される。例示的な実施形態の文脈において、図４に示すように、第１の半導体スイッチＴ１、第２の半導体スイッチＴ２、第１のダイオードＤ１、および第２のダイオードＤ２は、互いに対して矩形形状に配置される。
【００４６】
図５は、半導体モジュールの物理的設計の観点から図３に対応する。図６は、半導体モジュールの物理的設計の観点から図４に対応し、その結果、図５および図６において、同一の要素は、図３および図４と同じ参照符号を与えられる。図３および図４は、第１の半導体スイッチＴ１がオンされた場合に、半導体モジュール１を通る電流プロファイルを示し、一方で図５および図６は、第１の半導体スイッチＴ１がちょうどオフされ、電流が第２のダイオードＤ２を流れている場合に、半導体モジュール１を流れる電流プロファイルを示す。図５および図６は、半導体モジュール１を通る、図２に関連する電流プロファイルを矢印によって示す。
【００４７】
図５および図６に示すように、第１の半導体スイッチＴ１、第２の半導体スイッチＴ２、第１のダイオードＤ１、および第２のダイオードＤ２の上記の有利な配置の結果、第１の半導体スイッチＴ１からダイオードＤ２への電流の転流において、電流は、常に第１のライン２８に沿って、かつ常に半導体モジュールを通って同じ方向に流れ、その結果、電流の転流において、要素間の接続部における実効寄生インダクタンスが最小化される。
【００４８】
例示的な実施形態の文脈において、この場合に、コンデンサ２は、第１のライン２８に沿って、特にその上に配置され、その結果、実効寄生インダクタンスは、さらに低減される。この場合に、コンデンサ２は、第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２から形成された第１のユニットの隣りに配置されるのが好ましい。
【００４９】
図７は、本発明による半導体モジュール１のさらなる設計を示す。半導体モジュール１の設計は、図３に示す設計に対応するが、図７に示す設計は、次の点で図３に示す設計とは異なる。すなわち、コンデンサ２の第２の電気接続部２３が第２の金属フィルム層１９に接続されること、および第２の金属フィルム層１９が構造化伝導層１５に接続されることによって、コンデンサ２の第２の電気接続部２３が、基板１２の構造化伝導層１５に導電接続され、コンデンサ２が、第１および第２金属フィルム層間に配置されるという点で異なる。接続部は、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、コンデンサ２の第２の電気接続部２３は、この場合に、第２の金属フィルム層１９に直接接続され、第２の金属フィルム層１９は、構造化伝導層１５に直接接続される。これによって、半導体モジュールの特に柔軟な設計が可能になる。図７において、同一の要素は、図３と同じ参照符号を与えられた。この場合に、例示的な実施形態の文脈において、コンデンサ２は、基板１２の上方に配置される。
【００５０】
図８は、本発明による半導体モジュール１のさらなる設計を示す。半導体モジュール１の設計は、図３に示す設計にほぼ対応し、図８に示す設計において、コンデンサ２は、半導体コンデンサの形態である。半導体コンデンサは、例えば公開された独国特許出願公開第１０２００９００１９１９Ａ１号明細書から周知であり、かつ特にフラットな設計によって特徴づけられ、その結果、フィルム複合体１６との相互作用において、半導体モジュール１の特にフラットな、したがって低インダクタンスの設計が実現される。図８において、コンデンサ２の第１の電気接続部２６は、コンデンサ２の電気接続部２６が第２の金属フィルム層１９に接続されることによって、フィルム複合体１６に接続される。例示的な実施形態の文脈において、フィルム複合体１６はビア２１を有し、ビア２１は、絶縁フィルム層１８を通って走り、ビア２１の領域において、第１および第２の金属フィルム層１７および１９を互いに導電接続する。ビア２１は、導電材料からなる。この時点で、図３および図４に示すコンデンサ２が、代替として、もちろん、図８と同じ方法で第１の金属フィルム層１７に導電接続可能であることに言及する。
【００５１】
図１０は、本発明による半導体モジュール１のさらなる設計を示す。同一の要素は、この場合に、図４および図６と同じ参照符号を与えられる。例示的な実施形態の文脈において、第２のダイオードＤ２および第１の半導体スイッチＴ１は、第１のライン２８に沿って、特にその上で構造化伝導層１５上に配置され、第２の半導体スイッチＴ２および第１のダイオードＤ１は、第２のライン２９に沿って、特にその上で構造化伝導層１５上に配置され、この場合に、第１のライン２８は、第２のライン２９に対して角度αで走り、第１および第２の半導体スイッチは、構造化伝導層１５上で互いに対して対角線上に配置され、第１および第２のダイオードは、構造化伝導層１５上で互いに対して対角線上に配置される（図１０における破線矢印を参照）。例示的な実施形態の文脈において、この場合に、コンデンサ２は、第１のライン２８に沿って、特にその上に配置され、その結果、実効寄生インダクタンスは、さらに低減される。この場合に、コンデンサ２は、第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２から形成された第１のユニットの隣りに配置されるのが好ましい。要素のこの配置によって、半導体モジュールのＡＣ接続部から、基板上に配置された半導体スイッチ、ダイオード、およびコンデンサまでの同一の経路長さおよびしたがって同一の寄生インダクタンスが可能になる。これは、要素の星形配列に帰着する。
【００５２】
図９は、本発明による半導体モジュール１の図式断面図を示すが、この図は、半導体モジュール１の第２のライン２９に沿って走る（図４、図６、および図１０を参照）。この場合に、同一の要素は、図３と同じ参照符号を図９において与えられる。例示的な実施形態の文脈において、半導体モジュール１は、さらなるコンデンサ２’を有し、さらなるコンデンサ２’の第１の電気接続部２６’は、フィルム複合体１６に接続され、さらなるコンデンサ２’の第２の電気接続部２３’は、基板１２の構造化伝導層１５に導電接続される。
【００５３】
図７に示す図と同様に、さらなるコンデンサ２’の第２の電気接続部２３’は、さらなるコンデンサ２’の第２の電気接続部２３’が第２の金属フィルム層１９に接続されること、および第２の金属フィルム層１９が構造化伝導層１５に接続されることによって、基板１２の構造化伝導層１５に導電接続することができ、この場合に、さらなるコンデンサ２’は、第１および第２の金属フィルム層間に配置される。図７に示す図と同様に、さらなるコンデンサ２’は、この場合に、基板１２の上方に配置される。接続は、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、さらなるコンデンサ２’の第２の電気接続部２３’は、第２の金属フィルム層１９に直接接続され、したがって第２の金属フィルム層１９は、構造化伝導層１５に直接接続される。
【００５４】
図３に示す図と同様に、さらなるコンデンサ２’の第２の電気接続部２３’は、さらなるコンデンサ２’の第２の電気接続部２３’が構造化伝導層１５に接続されることによって、基板１２の構造化伝導層１５に導電接続することができる。接続は、例えば、はんだづけまたは焼結接合の形態とすることができる。したがって、さらなるコンデンサ２’の第２の電気接続部２３’は、この場合に、構造化伝導層１５に直接接続される。さらなるコンデンサ２’は、基板１２の構造化伝導層１５上に配置される。
【００５５】
例示的な実施形態の文脈において、図４、図６、および図１０に示すように、さらなるコンデンサ２’は、第２のライン２９に沿って、特にその上に配置され、その結果、実効寄生インダクタンスは、さらに低減される。コンデンサ２は、第１の半導体スイッチＴ１および第２のダイオードＤ２に関連し、さらなるコンデンサ２’は、第２の半導体スイッチＴ２および第１のダイオードＤ１に関連する。
【００５６】
第１の半導体スイッチＴ１から第２のダイオードＤ２への電流の転流の場合における形態と類似の形態において、第１の半導体スイッチＴ１、第２の半導体スイッチＴ２、第１のダイオードＤ１、および第２のダイオードＤ２の上記の有利な配置ゆえに、第２の半導体スイッチＴ２がオフされた場合の電流の転流では、電流は、常に第２のライン２９に沿って、かつ常に半導体モジュールを通る同じ方向において、第２の半導体スイッチＴ２から第１のダイオードＤ１へ流れ、その結果、要素間の接続部における電流の転流の実効寄生インダクタンスは、最小化される。第２の半導体スイッチＴ２から第１のダイオードＤ１への電流の転流における電流方向は、第１の半導体スイッチＴ１から第２のダイオードＤ２への電流の転流における、図４および図６に示す電流方向と反対である。
【００５７】
コンデンサ２およびさらなるコンデンサ２’は、図１および図２における破線によって示すように、電気的に並列に接続され、電流フローは、図４、図６、および図１０に示すコンデンサ２およびさらなるコンデンサ２’の有利な配置の結果として、第１の半導体スイッチＴ１からダイオードＤ２への電流の転流の場合には、実質的にコンデンサ２を通って流れ、第２の半導体スイッチＴ２からダイオードＤ１への電流の転流の場合には、実質的にさらなるコンデンサ２’ を通って流れ、その結果、この場合に、実効寄生インダクタンスは最小化される。
【００５８】
さらなるコンデンサ２’が、電気抵抗をさらなるコンデンサ２’に統合することがまたもちろん可能である。さらに、さらなるコンデンサ２’はまた、半導体コンデンサの形態とすることができる。
【００５９】
上記のように、コンデンサ２およびさらなるコンデンサ２’は、一般に、転流動作中に発生する過電圧を低減するためのいわゆるスナバコンデンサとして働く。コンデンサ２および／またはさらなるコンデンサ２’が、スナバコンデンサとして働く場合に、それぞれのコンデンサは、１ｎＦ〜１０００ｎＦの範囲における静電容量を有するのが好ましい。
【００６０】
しかしながら、コンデンサ２およびさらなるコンデンサ２’はまた、いわゆる中間回路コンデンサとして働くことができ、この中間回路コンデンサは、ＤＣ電圧発生装置３によって発生された電気エネルギをバッファ記憶し、かつＤＣ電圧発生装置３によって発生された電圧を平滑化する。コンデンサ２および／またはさらなるコンデンサ２’が、中間回路コンデンサとして働く場合に、それぞれのコンデンサは、０．１ｍＦ〜１００ｍＦの範囲における静電容量を有するのが好ましい。
【００６１】
この時点で、コンデンサ２に関して図７および図８に関係する例示的な実施形態で示すのと同じ方法で、さらなるコンデンサ２’をフィルム複合体１６および構造化伝導層１５にもちろん接続できるという事実に言及する。
【００６２】
例示的な実施形態の文脈において、フィルム複合体１６は、一体設計を有する。しかしながら、フィルム複合体はまた、２つ以上のピース、特に２つのピースで形成することができ、この場合に、例えば、フィルム複合体の第１のピースは、第１のライン２８に沿って、第１の半導体スイッチＴ１、第２のダイオードＤ２、およびコンデンサ２を互いに電気的に接続し、フィルム複合体の第２のピースは、第２のライン２９に沿って、第２の半導体スイッチＴ２、第１のダイオードＤ１、およびさらなるコンデンサ２’を互いに電気的に接続する。
【００６３】
さらに、この時点で、図３〜図１０における図が、図式図であり、図示の要素は縮尺通りには示されていないという事実に言及する。
【００６４】
さらに、この時点で、追加の第１のコンデンサが、第１のダイオードＤ１と電気的に並列に接続可能であり、追加の第２のコンデンサが、第２のダイオードＤ２と電気的に並列に接続可能であるという事実に言及する。追加の第２のコンデンサは、この場合に、第１のライン２８に沿って、特にその上に配置することができ、追加の第１のコンデンサは、この場合に、第２のライン２９に沿って、特にその上に配置することができる。追加の第１のコンデンサおよび追加の第２のコンデンサは、この場合に、それぞれ、電気抵抗を、追加の第１のコンデンサおよび追加の第２のコンデンサと統合することができる。追加の第１のコンデンサおよび追加の第２のコンデンサは、特に半導体コンデンサの形態とすることができる。
【００６５】
例示的な実施形態の文脈において、第１および第２の半導体スイッチは、ＩＧＢＴの形態である。しかしながら、半導体スイッチは、例えばＭＯＳＦＥＴの形態など、別のタイプの半導体スイッチの形態とすることがまたもちろん可能である。本発明の文脈において、用語エミッタにはまた、異なるタイプの半導体スイッチの場合における、エミッタと類似の接続部が含まれ、用語ゲートにはまた、異なるタイプの半導体スイッチにおける、ゲートと類似の接続部が含まれる。例えばＭＯＳＦＥＴの場合に、ＩＧＢＴの場合にはエミッタと呼ばれる接続部が、ソースと呼ばれ、ＩＧＢＴの場合にコレクタと呼ばれる接続部が、例えば当業者によってドレインと呼ばれる。したがって、この時点で、例えば、本発明の文脈において用語エミッタにはまた、用語ソースが含まれ、用語コレクタにはまた、用語ドレインが含まれるという事実に言及する。
【符号の説明】
【００６６】
１  半導体モジュール１
２  コンデンサ
２’  さらなるコンデンサ
３  ＤＣ電圧発生装置
４、５、６、７、８、９  寄生インダクタンス
１１  負荷
１２  基板
１３  非構造化伝導層
１４  絶縁体
１５  構造化伝導層
１６  フィルム複合体
１７  第１の金属フィルム層
１８  電気絶縁フィルム層
１９  第２の金属フィルム層
２０  ビア
２１  ビア
２３  第２の電気接続部
２３’  第２の電気接続部
２５  遮断部
２６  第１の電気接続部
２６’  第１の電気接続部
２８  第１のライン
２９  第２のライン
３０  ハーフブリッジ回路
Ｃ  コレクタ
Ｅ  エミッタ
Ｄ１  第１のダイオード
Ｄ２  第２のダイオード
Ｔ１  第１の半導体スイッチ
Ｔ２  第２の半導体スイッチ
Ｕｓ  ＤＣ電圧
【図１】
0006047423.tif 000002
【図２】
0006047423.tif 000003
【図３】
0006047423.tif 000004
【図４】
0006047423.tif 000005
【図５】
0006047423.tif 000006
【図６】
0006047423.tif 000007
【図７】
0006047423.tif 000008
【図８】
0006047423.tif 000009
【図９】
0006047423.tif 000010
【図１０】
0006047423.tif 000011