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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Fachgebiet
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Verbesserungen bei einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung vom
Gate-Ausschalt-Typ, welche von ihrer Steuerelektrode ein- oder ausgeschaltet
werden kann.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Als Leistungs-Halbleiterschaltkomponenten sind
GTO-Thyristor (Gate-Turn-Off-Thyristor) bzw. Abschalt-Thyristor,
statische Induktionstransistoren oder dergleichen bekannt, welche
jeweils als GTO bezeichnet werden und geeignet sind, große elektrische
Ströme
zu unterbrechen. Es wird nun auf 10 Bezug
genommen, wo ein schematisches Schaltdiagramm einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
aus dem Stand der Technik dargestellt ist, welche eine Leistungs-Halbleiterschaltkomponente, wie
etwa ein GTO, aufweist. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine
Halbleiterkomponente, wie etwa ein GTO, mit ihrer Anoden-Elektrode A, ihrer Kathodenelektrode
K und ihrer Gate-Elektrode
(d. h. Steuerelektrode) G. Die Bezugsziffer 20 bezeichnet eine
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
zum Anlegen einer Rückwärtsvorspannung
zwischen der Gate- und der Kathodenelektrode G und K, die Bezugsziffer 2 bezeichnet
eine Speicherkomponente, wie etwa eine Kapazität, zum Speichern einer elektrischen
Energie, um eine Rückwärtsvorspannung
zwischen der Gate-Elektrode G und der Kathodenelektrode K der Halbleiterkomponente 1,
wie etwa einem GTO, anzulegen, und die Bezugsziffer 3 bezeichnet einen
Rückwärtsvorspannungs-Schalter, der durchgeschaltet
werden kann, um die Halbleiterkomponente 1 zu veranlassen,
einen Übergang
von ihrem Ein-Zustand zu ihrem Aus-Zustand durch das Anlegen der
in der Speicherkomponente 2 gespeicherten Energie rückwärts zwischen
der Kathoden- und Gate-Elektrode K und G durchzuführen.
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Das Bezugszeichen Son bezeichnet
einen Vorwärtsvorspannungs-Signalterminal, an
welchem ein Vorwärtsvorspannungs-Signal
angelegt wird, die Bezugsziffer Soff bezeichnet einen Rückwärtsvorspannungs-Signalterminal,
an welchem ein Rückwärtsvorspannungs-Signal
angelegt wird, die Bezugsziffer Vs bezeichnet einen Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgungsterminal,
die Bezugsziffer B bezeichnet eine Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung,
und die Bezugsziffer COM bezeichnet einen gemeinsamen Terminal,
der das Potential der Kathode der Halbleiterkomponente 1 definiert.
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Im Betrieb speichert die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung B
eine elektrische Energie in der Speicherkomponente 2 zum
Anlegen einer Rückwärtsvorspannung
zwischen der Gate- und der Kathodenelektrode G und K der Halbleiterkomponente 1.
Die elektrische Energie kann nicht verwendet werden, um eine Rückwärtsvorspannung
zwischen der Gate- und der Kathodenelektrode G und K der Halbleiterkomponente 1,
wie etwa einem GTO, anzulegen, so lange der Rückwärtsvorspannungs-Schalter 3 in
seinem nichtleitenden Zustand gehalten wird. Wenn die Halbleiterkomponente 1,
wie etwa ein GTO, zunächst
in seinem Aus-Zustand verbleibt, veranlasst das Anlegen eines Vorwärtsvorspannungs-Signals über den
Vorwärtsvorspannungs-Signalterminal Son
hinsichtlich des gemeinsamen Terminals COM, dass die Halbleiterkomponente 1,
wie etwa ein GTO, einen Übergang
von ihrem Aus-Zustand zu ihrem Ein-Zustand durchführt.
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Um die Halbleiterkomponente 1,
wie etwa ein GTO, die eingeschaltet wurde, zu veranlassen, einen Übergang
in ihren Aus-Zustand zu machen, ist es notwendig, den Anodenstrom
für eine
bestimmte Zeitperiode auf Null zu setzen und zu halten, ohne dass
das Vorwärtsvorspannungs-Signal
an den Vorwärtsvorspannungs-Signalterminal
Son angelegt wird, oder es ist notwendig, eine Rückwärtsvorspannung zwischen der
Gate- und der Kathodenelektrode G und K der Komponente 1 anzulegen.
In dem letzteren Fall kann der Rückwärtsvorspannungs-Schalter 3 durch
Anlegen eines Rückwärtsvorspannungs-Signals
von dem Rückwärtsvorspannungs-Signalterminal Soff
an den Rückwärtsvorspannungs-Schalter 3 durchgeschaltet
werden, so dass die in der Speicherkomponente 2 gespeicherte
elektrische Energie zum Anlegen einer Rückwärtsvorspannung zwischen der
Gate- und der Kathodenelektrode G und K der Halbleiterkomponente 1 verwendet
wird.
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In solch einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
aus dem Stand der Technik wird eine Verbindung zwischen der Treiberschaltung 20 zur
Steuerung des Leitfähigkeitsvermögens zwischen
der Anoden- und der Kathodenelektroden A und K und der Halbleiterkomponente 1,
wie etwa einem GTO, durch Anschlussleitungen eingerichtet, die sich
von der Kathoden- und
der Gate-Elektrode K und G erstrecken. Während es notwendig ist, das
Leitfähigkeitsvermögen der
Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
unter Verwendung der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 zu
steuern, um ihr Ansprechverhalten und ihre Zuverlässigkeit
zu verbessern, ist es aufgrund der Impedanz der Anschlussleitungen
schwierig, einen hinreichend großen Rückwärtsvorspannungs-Gate-Strom
zu erzeugen, der eine hinreichend große Varianz von (–dIg/dt)
aufweist, wobei Ig der Rückwärtsvorspannungs-Gate-Strom
ist, was eine Barriere für
die Erzeugung von solch einem sich rasch ändernden, großen Rückwärtsvorspannungs-Gate-Strom
darstellt. Dieses resultiert in einer Einschränkung des Unterbrechungsleistungsvermögens der
Halbleiterkomponente 1, wie etwa einem GTO. Von daher ist
es schwierig, das Unterbrechungsleistungsvermögen der Halbleiterkomponente 1 bei
Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtungen aus dem Stand der Technik
zu verbessern.
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Das Europäische Patent Nr. 0 328 778
B1 offenbart ein Konzept der Konstruktion bzw. Montage einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung.
Als nächstes
wird auf 11 Bezug genommen,
wo ein Diagramm dargestellt ist, welches die Anordnung einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
aus dem Stand der Technik zeigt, in welcher das Konzept der Konstruktion
umgesetzt wird. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer W einen
Leistungs-Halbleiterwafer, die Bezugsziffer Aa bezeichnet eine erste
Kupferblock-Elektrode, die als eine Anoden-Elektrode dient, die
Bezugsziffer Ka bezeichnet eine zweite Kupferblock-Elektrode, die
als eine Kathoden-Elektrode dient, die Bezugsziffern Kb und KC bezeichnen
erweiterte Kathoden-Elektronen, die elektrisch mit der zweiten Kupferblock-Elektrode
Ka verbunden sind, und die Bezugsziffer Ga bezeichnet eine zylindrisch geformte
Gate-Elektrode,
die in Kontakt mit der Gate-Oberfläche des Leistungs-Halbleiterwafers
W gebracht ist.
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In der in 11 gezeigten verpackten Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
ist die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
aus einer Anzahl serieller Schaltungen aufgebaut, wobei jede eine
Kapazität 2a und
einen Rückwärtsvorspannungs-Schalter 3a aufweist.
Die Anzahl der seriellen Schaltungen ist zwischen der zylindrisch
ausgebildeten Gate-Elektrode Ga und der erweiterten Kathodenelektrode
Kc angeordnet. Die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung,
die über
die Anzahl der seriellen Schaltungen aufgebaut wird, wobei jede
eine Kapazität 2a und
einen Rückwärtsvorspannungs-Schalter 3a aufweist, ist
von daher zusammen mit dem Leistungs-Halbleiterwafer W innerhalb
des gleiches Gehäuses
angeordnet.
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Obwohl solch ein Montagekonzept für Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtungen
die Hoffnung für eine
Verbesserung ihres Unterbrechungsleistungsvermögens liefert und von daher
die Varianz (–dIg/dt) des
Rückwärtsvorspannungs-Gate-Stromes
gesteigert wird, da die durch die sich von der Gate-Elektrode in
der in 10 gezeigten
Schaltvorrichtung aus den Stand der Technik erstreckenden Anschlussleitung
hervorgerufenen Induktivitäten
beseitigt werden, leidet das Montagekonzept an dem Nachteil, dass
der Spannungsabfall in jedem Rückwärtsvorspannungs-Schalter 3a,
wie etwa in einem MOSFET, erhöht
und von daher das Leitfähigkeits-Leistungsvermögen reduziert
wird, weil sämtliche
Komponenten der Schaltung, die die Rückwärtsvorspannung herleiten, innerhalb
des Gehäuses
angeordnet sind, welches den bei einer hohen Temperatur von 125°C gehalten
Leistungs-Halbleiterwafer W enthält.
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Ein anderes Problem mit der verpackten Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
liegt darin, dass jede Kapazität 2a nicht
einer solchen hohen Temperatur ausgesetzt widerstehen kann, oder
es macht die aufgrund der Größeneinschränkungen
verursachten Herabsetzung der Kapazität schwierig, einen hinreichenden
Rückwärtsvorspannungs-Strom zuzuführen oder
eine hinreichende Aufladung, die das Zeitintegral eines Wobbelstromes
ist, bereitzustellen. Beispielsweise können, aufgrund ihrer geringen
Wärmewiderstandsfähigkeit,
elektrolytische Kapazitäten
und organische Halbleiter-Kapazitäten aus dem Gesichtspunkt ihrer
benötigten,
nutzbaren Betriebsdauer nicht verwendet werden. Beschichtete keramische
Kapazitäten
können
aufgrund ihrer geringen Kapazitäten
und aufgrund der Tatsache, dass ihre Kapazitäten deutlich herabgesetzt werden,
wenn sie, wie obig erwähnt,
in einer Umgebung hoher Temperaturen angeordnet werden, nicht verwendet
werden. Wenn solche Kapazitäten
gewaltsam in der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung aus dem Stand der
Technik, wie sie in 11 gezeigt
wird, eingesetzt werden, dann wird die Zuverlässigkeit der Komponenten reduziert,
welche die Schaltung begründen,
die die Rückwärtsvorspannung
herleitet.
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Die Europäische Patentanmeldung
EP 0 863 547 A2 ,
welche nach dem Tag des Einreichens der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht
wurde, offenbart eine Gate-Einheit für ein hochleistungsbetriebenen
GTO, in welchem einige der zum Betreiben benötigten, elektronischen Komponenten
auf einem gedruckten Schaltungsboard angeordnet sind. Das gedruckte
Schaltungsboard schließt,
um einen Kontakt mit geringer Induktivität zu erzielen, das GTO in einer Ebene
ein, die zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite des GTO
parallel zu dem Halbleitersubstrat des GTOs liegt, und es ist direkt
mit dem Kathodenkontakt und der Gate-Verbindung des GTOs verbunden.
In solch einer Gate-Einheit wird eine kompakte Anordnung erzielt,
wobei gleichzeitig die mechanische Stabilität dadurch verbessert wird, dass
die Komponenten auf dem gedruckten Schaltungsboard um das GTO herum
in der unmittelbaren Umgebung des GTOs angeordnet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um
die oben genannten Probleme zu lösen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt von daher darin, eine
Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
bereitzustellen, in welcher Weiterentwicklungen gemacht wurden,
um sowohl die Unterbrechungsleistungsfähigkeit als auch die Zuverlässigkeit
zu steigern, und um die Verwendung bzw. Implementation der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird eine Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung bereitgestellt,
die folgendes aufweist: Eine Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung, die in
einem Flachgehäuse
untergebracht und mit ersten und zweiten flachen Hauptelektroden
versehen ist, zwischen denen ein Hauptstrom fließt, wenn die Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
eingeschaltet ist; und eine Steuerelektrode, welche eine ringförmige Formgebung
aufweist und von dem Flachgehäuse
nach außen
hervorragt und welche sich mit der zweiten flachen Hauptelektrode
zusammentut, um die elektrische Leitung zwischen der ersten und
zweiten flachen Hauptelektrode zu steuern; eine Vorwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung,
um eine Vorwärtsvorspannung
zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode anzulegen;
eine Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung,
die eine Vielzahl von Speichereinrichtungen enthält und um den Umfang der Steuerelektrode
der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung angeordnet ist, um eine
elektrische Energie zu speichern, die mittels einer Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgungseinrichtung
zugeführt wird,
um eine Rückwärtsvorspannung
zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode anzulegen;
und eine Vielzahl von in Serie bzw. in Reihe mit der Vielzahl der
Speichereinrichtungen verbundene Schalteinrichtungen, welche eingeschaltet
werden können,
um die in der Vielzahl der Speichereinrichtungen gespeicherte elektrische
Energie zwischen der Speicherelektrode und der zweiten Hauptelektrode
anzulegen; und ein Bestückungsboard, welches
ein Durchgangsloch aufweist, durch welches die zweite Hauptelektrode
der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung derart hindurchläuft, dass
das Flachgehäuse
in der Umgebung des Durchgangsloches angeordnet ist und der Umfang
des Durchgangsloches teilweise das Flachgehäuse umgibt; und ein Leitungselement,
das an eine Oberfläche
des Bestückungsboards
ausgebildet und elektrisch mit der Steuerelektrode der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
verbunden ist.
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In bevorzugter Weise weist die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
ferner eine gut leitende metallische Platte auf, die fest in Kontakt
mit einer flachen Oberfläche
der zweiten Hauptelektrode gebracht ist, und einen gut leitenden
Ringbeschlag. Des weitern klemmen die gut leitende metallische Platte
und der Ringbeschlag in Vereinigung zwischen ihnen die Steuerelektrode
und das Bestückungsboard
ein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
getrennt von der Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung angeordnet.
Die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung kann ein anderes Board
aufweisen, welches von dem Bestückungsboard
getrennt ist, auf welchem die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
enthalten ist, und die Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung kann
auf dem anderen Board enthalten sein. In bevorzugter Weise ist die
Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung
ebenso auf dem anderen Board enthalten.
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Die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung kann
ferner eine auf den Bestückungsboard
vorgesehene und in der Umgebung der Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
angeordnete Vortreibereinrichtung aufweisen, um die Vielzahl der
Schalteinrichtungen der Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
zu treiben.
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In Übereinstimmung mit einer anderen
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung teilt das Durchgangsloch eine Oberfläche des Bestückungsboards,
auf welchem die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
enthalten ist, in zwei Oberflächenabschnitte
ein, und die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
weist erste und zweite Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen
auf, welche separat auf den jeweiligen beiden Oberflächenabschnitten,
die zueinander gegenüber
dem Zugangsloch liegen, angeordnet sind. In bevorzugter Weise weist
die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
ferner erste und zweite Vortreiberschaltungen bzw. Vortreibereinrichtungen
auf, welche auf den jeweiligen beiden Oberflächenabschnitten des Bestückungsboards
angeordnet sind, um jeweils die zugehörigen Schalteinrichtung der
ersten und zweiten Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen
zu treiben, die auf den beiden jeweiligen Oberflächenabschnitten auf dem Bestückungsboard
enthalten sind.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung, wie sie in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind, ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht, welche die Anordnung und Anordnung einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht, welche die Anordnung eines Beispiels einer Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
zeigt, die auf einem Bestückungsboard
der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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3 ist
eine Draufsicht, welche die Anordnung eines anderen Beispiels der
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
zeigt, die auf dem Bestückungsboard
der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
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4a ist
eine Draufsicht, die die Anordnung der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4b zeigt
eine Seitenansicht der in 4a gezeigten
Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung;
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5a ist
eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht, die die Anordnung
einer Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
der in den 4a und 4b gezeigten Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
zeigt;
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5b ist
eine Querschnittsansicht der in 5a gezeigten
Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung;
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6 ist
eine Draufsicht, die die Anordnung einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7a ist
eine Draufsicht, die die Anordnung der in 6 gezeigten Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7b ist
eine Seitenansicht der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der in 7a gezeigten zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8a ist
eine Draufsicht, die die Anordnung eines anderen Bestückungsboards
und eines Gehäuses
zeigt, welches das andere Bestückungsboard
in der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung gemäß der in 6 gezeigten zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einschließt;
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8b ist
eine Seitenansicht des in 8a gezeigten
anderen Bestückungsboards
und des Gehäuses;
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9a ist
eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht, die die Anordnung
eine Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der in
den 7a und 7b gezeigten zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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9b ist
eine Querschnittsansicht der in 9a gezeigten
Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung;
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10 ist
ein schematisches Schaltdiagramm einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung auf
dem Stand der Technik, die eine Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung, wie etwa
eine GTO-Einrichtung,
aufweist; und
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11 ist
ein Diagramm, welches die Anordnung einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
auf dem Stand der Technik zeigt, in welcher ein Konzept der Montage
bzw. Bestückung
einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
konkreter dargestellt wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, wo eine Draufsicht
dargestellt ist, die die Struktur und Anordnung einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 11 eine
Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
vom Gate-Abschalttyp, die in einem Flachgehäuse angeordnet ist, was als
GTO-Einrichtung bezeichnet wird, und die Bezugsziffer 110 bezeichnet ein
Bestückungsboard,
auf welchem verschiedene Schaltungen angebracht oder enthalten sind,
die benötigt
werden, um die GTO-Einrichtung 11 zu betreiben. Die GTO-Einrichtung 11 ist
mit einer Gate-Elektrode (oder Steuerelektrode) G, welche ringförmig ausgebildet
ist und dessen Umfangsabschnitt sich von dem Umfang der in dem Flachgehäuse angeordneten
GTO-Einrichtung 11 nach
Außen
erstreckt, mit einer ersten Hauptelektrode (nicht dargestellt),
und einer zweiten Hauptelektrode (nicht dargestellt) versehen, die
sich mit der Gate-Elektrode zusammentut. Die GTO-Einrichtung 11 kann
durch das Anlegen einer Rückwärtsvorspannung
zwischen der Gate- und der zweiten Hauptelektrode ausgeschaltet
werden. In dem Fall, wenn die GTO-Einrichtung 11 eine Einrichtung
vom PNP-Typ ist, wird die erste Hauptelektrode als „Anoden-Elektrode" und die zweite Hauptelektrode
wird als „Kathoden-Elektrode" bezeichnet. In der nachfolgenden
Beschreibung sei angenommen, dass die GTO-Einrichtung 11 eine
Einrichtung vom PNP-Typ ist. Des Weiteren bezeichnet die Bezugsziffer 20 eine
Schaltung zur Herleitung einer Rückwärtsvorspannung
bzw. eine Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung,
die aus einer Anzahl in der Figur (siehe 2) nicht dargestellten Speichereinrichtungen 2,
wie etwa Kapazitäten,
aufgebaut ist, wobei jede zur Speicherung eines Teiles einer elektrischen
Energie dient, um eine Rückwärtsvorspannung
zwischen der Gate- und der zweiten Hauptelektrode der GTO-Einrichtung 11 anzulegen,
und sie ist aus einer Anzahl in der Figur (siehe 2) nicht dargestellten Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 aufgebaut,
wobei jede dieser Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen
seriell bzw. in Reihe mit jeder der Vielzahl der Speichereinrichtungen 2 verbunden
ist, und die Bezugsziffer 16 bezeichnet eine Vortreiberschaltung
zur Steuerung der Vielzahl der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 der
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20. Des
Weiteren bezeichnet die Bezugsziffer 17 einen elektrisch
gut leitenden Ringbeschlag, um die ringförmig ausgebildete Gate-Elektrode
G derart nach unten zu drücken,
dass die Gate-Elektrode G in elektrischen Kontakt mit einer Gate-Treiberausgabe
(nicht dargestellt) gebracht werden kann, durch welchen eine Rückwärtsvorspannung
von der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 zwischen
der Gate-Elektrode G und der zweiten Hauptelektrode angelegt wird,
und die Bezugsziffer 18 bezeichnet jedes der Vielzahl der
in den Ringbeschlag 17 eingebrachten Schraublöcher, in
welche eine Vielzahl von Schrauben zur Sicherung des Ringbeschlages 17 und
der Gate-Elektrode
G auf die nicht dargestellte Gate-Treiberausgabe eingesetzt sind.
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Des Weiteren bezeichnet die Bezugsziffer 24 eine
Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung,
die Bezugsziffer 25 bezeichnet eine Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung,
die Bezugsziffer CN1 bezeichnet ein erstes Anschlussstück, dass
eine Eingabe aufweist, an welcher ein Steuersignal von außerhalb
angelegt wird, um die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 zu
triggern, um eine Rückwärtsvorspannung
zwischen der Steuer- und der zweiten Hauptelektrode der GTO-Einrichtung anzulegen,
die Bezugsziffer CN2 bezeichnet ein zweites Anschlussteil, welches
eine Eingabe enthält,
die mit der Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 24 verbunden
ist, um eine Leistung bzw. einen Strom zur Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 24 zuzuführen, und
welches eine andere Eingabe enthält,
die mit der Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25 verbunden
ist, um Strom zu der Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25 zuzuführen, die
Bezugsziffer 33 bezeichnet einen Zwischenspeicher, um ein
bestimmtes Signal zu der Vortreibereinrichtung in Erwiderung auf
das Steuersignal zuzuführen, welches über das
erste Verbindungsstück
CN1 hierauf angewandt wird, und die Bezugsziffer 100 bezeichnet
ein Gehäuse,
welches die Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 24,
die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25,
den Zwischenspeicher 33, das erste und zweite Verbindungsteil
CN1 und CN2 und so weiter enthält.
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Es wird die Anordnung der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 beschrieben,
die auf dem in 1 gezeigten
Bestückungsboard 110 enthalten
ist. Als nächstes
wird auf die 2 und 3 Bezug genommen, wo Draufsichten
von Beispielen der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 dargestellt
sind, die auf dem Bestückungsboard 110 montiert
sind. Das Bezugszeichen D1 in den 2 und 3 bezeichnet den Durchmesser
eines Durchgangsloches, durch welches eine Kupferblock-Einrichtung (nicht
dargestellt) eingeführt
werden kann, die als zweite Haupt-Flachelektrode der GTO-Einrichtung 11 dient,
in den 2 und 3 bezeichnet die Bezugsziffer 41 die
bereits erwähnte
Gate-Treiberausgabe, d. h., eine leitende Komponente, die auf der
Oberfläche des
Bestückungsboards 110 ausgebildet
ist, und welche fest in Kontakt mit der ringförmigen Gate-Elektrode G der
GTO- Einrichtung 11 gebracht
ist, wobei der Gate-Elektrode G elektrisch mit der Gate-Treiberausgabe 41 verbunden
ist, die Bezugsziffer D3 in den 2 und 3 bezeichnet den Durchmesser
des äußeren Umfanges
der Gate-Treiberausgabe 41, die Bezugsziffern D4a bis D4c
in 2 bezeichnen die Durchmesser
der Kreise, entlang welcher eine Anzahl von Speichereinheiten 2 der
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 konzentrisch
an dem Umfang des Bestückungsboards 110 um
die Gate-Treiberausgabe 41 angeordnet sind, die Bezugsziffer
D4 in 3 bezeichnet den
Durchmesser eines Kreises, entlang welchem eine Vielzahl von Speichereinheiten 2 der
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 an
dem Umfang des Bestückungsboards 110 um
die Gate-Treiberausgabe 41 angeordnet sind, und die Bezugsziffer
D5 in den 2 und 3 bezeichnet den Durchmesser
eines Kreises, entlang welchem eine Vielzahl von Rückwärtsvorspannungs-Schaltelementen 3 der
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 angeordnet
sind. In den 2 und 3 wurde auf die Darstellung
des Flachgehäuses
für die
GTO-Einrichtung 11 verzichtet.
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Wie anhand der 1, 2 und 3 gesehen werden kann, ist
die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung derart ausgelegt, dass der nicht dargestellte
Leistungs-Halbleiterwafer innerhalb des Flachgehäuses untergebracht ist. Da
die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 nicht
innerhalb des Flachgehäuses
untergebracht ist, wird die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 nicht
durch einen ungünstigen
thermischen Effekt aufgrund der in dem (nicht dargestellten) Leistungs-Halbleiterwafer
erzeugten Wärme
beeinflusst, und von daher kann die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung der ersten Ausführungsform
einen hohen Grad an Funktionssicherheit sicherstellen.
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Da die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 an
dem Umfang des Bestückungsboards 110 angeordnet
ist, welches sich außerhalb der
ringförmigen
Gate-Elektrode G befindet, kann von daher ferner die Impedanz der
Schleife der Schaltung, die sich aus der Gate-Schaltung für die GTO-Einrichtung 11 und
der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 aus
der Anzahl der Speichereinheiten 2 zusammensetzt, mittels
einer nicht dargestellten zweiten Hauptelektrode, der Gate-Elektrode
G und der Anzahl der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 auf
die Anzahl der Speichereinrichtungen 2 reduziert werden.
Demgemäß kann die
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 eine
Rückwärtsvorspannung
anlegen, welche zwischen der Gate-Elektrode G und der zweiten Hauptelektrode
eine hohe Stromänderungsrate,
d. h. ein großes
(–dIg/dt)
aufweist, und welche einen großen Stromwert
hat, selbst wenn die Amplitude der mittels der Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung erzeugten
Vorspannungs-Spannung begrenzt ist. Wenn die Amplitude des Gate-Rückwärtsvorspannungs-Stroms
die Amplitude des Anodenstroms erreicht oder diesen wenig überschreitet,
dann macht das Ziel des Anodenstroms einen Übergang von der Kathoden-Elektrode
zu der Gate-Elektrode, und von daher steht die Gate-Kathoden-Verbindung
vollständig
unter Rückwärts-Vorspannung.
Die GTO-Einrichtung 11 wird eingeschaltet bei einer Kondition,
bei der die Gate-Schicht (Pb)-Kathodenschicht (Nk)-Verbindung vollständig unter
Rückwärts-Vorspannung steht.
Demgemäß wird die
maximal zulässige
Amplitude des Stromes, der durch die GTO-Einrichtung 11 fließt, durch
Wechsel bzw. Drehung der GTO-Einrichtung 11 gesteigert,
und von daher wird die maximale Amplitude des Stromes, der mittels
der GTO-Einrichtung 11 unterbrochen werden kann, gesteigert.
Da zwischen der Gate- und
der Kathodenelektrode der GTO-Einrichtung 11 ein sich rasch ändernder
(d. h., mit großem
(–dIg/dt))
und ein großer
Rückwärtsvorspannungs-Strom
vorhanden ist, wird die Speicherzeit (d. h., die Ladungsträgerdurchschlagzeit)
Ts in großem
Maße herabgesetzt.
Von daher kann die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
dieser Ausführungsform
Hochgeschwindigkeits-Schaltoperationen durchführen und seine Unterbrechungsleistungsfähigkeit
oder sein Unterbrechungsleistungsvermögen steigern.
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Wie in den 2 oder 3 gezeigt
ist die Vortreibereinrichtung 16 zum Treiben der Anzahl
der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 ebenso
auf dem Bestückungsboard 110 enthalten,
auf welchem, wie in 1 gezeigt,
die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 enthalten
ist. Die Vortreibereinrichtung 16 ist in der Umgebung der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 angeordnet.
Die Schleifenimpedanz der Schaltung, die die Gates der Anzahl der
Rückwärtsvorspannungs-Schaltereinrichtungen 3 und
der Vortreibereinrichtungen 16 enthält, wird von daher reduziert.
Daraus resultiert, dass die Amplitude der an den Gates der Anzahl
der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 angelegten
Spannungen stabilisiert werden kann, und von daher kann in jeder
Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 eine
Fehlfunktion, die durch Rauschen hervorgerufen wird, welches zwischen
der Vortreibereinrichtung 16 und jedem Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 eingeführt wird,
verhindert werden. Dass bedeutet, dass die Anordnung der Vortreibereinrichtung 16 jede
Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 der
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 daran
hindert, ein Rauschsignal von der GTO-Einrichtung 11 zu
empfangen, über
welches eine hohe Spannung angelegt wird und durch welches ein großer Strom
hindurchläuft,
und von daher hindert die Anordnung der Vortreibereinrichtung 16 jede
Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 der
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 daran, nachzulassen,
ordnungsgemäß zu arbeiten.
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Da die Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 24 getrennt
von der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 angeordnet
ist, ist zusätzlich
die Vorwärtsrückspannungs-Treiberschaltung 24 beständig gegenüber induziertem
Rausches, welches durch den hohen Rückwärtsvorspannungs-Strom mit einer
hohen Änderungsrate (–DIG/DT)
verursacht wird. Des Weiteren verbessert die Anordnung der Vorwärtsvorspannungs- Treiberschaltung 24 getrennt
von der GTO-Einrichtung 11 die Flexibilität der Verwendung
der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
dieser Ausführungsform.
Auch verbessert die Anordnung der Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25 getrennt
von der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 die
Flexibilität
der Verwendung der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung.
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Als nächstes wird auf 4a Bezug genommen, wo eine
Draufsicht dargestellt ist, die die detaillierte Anordnung der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Die 4b zeigt
eine Seitenansicht der in 4a gezeigten
Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung.
Des weiteren zeigt 5a eine
teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht, die den Einbau
der GTO-Einrichtung 11 in die in den 4a und 4b gezeigte
Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung zeigt, und 5b zeigt eine Querschnittsansicht der
in 5a gezeigten GTO-Einrichtung 11.
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In 4a bezeichnet
die Bezugsziffer D2 den Durchmesser eines Kreises, entlang welchem eine
Vielzahl von Schraublöcher 18 in
dem Ringbeschlag 17 angeordnet sind, in welche eine Vielzahl von
Schrauben zur Befestigung des Ringbeschlages 17 eingeführt sind.
In 4b bezeichnet die
Bezugsziffer 120 eine gut leitende metallische Platte,
um die ringförmige
Gate-Elektrode G und das Bestückungsboard 110 zwischen
der metallischen Platte 120 und dem Ringbeschlag derart
einzuklemmen, dass die ringförmige
Gate-Elektrode G auf dem Bestückungsboard 110 gesichert
wird. Die metallische Platte 120 ist fest in Kontakt mit
der Bodenoberfläche
der (nicht dargestellten) zweiten Hauptelektrode der GTO-Einrichtung 11 gebracht.
Die gut leitende metallische Platte 120 ist mit dem Gehäuse 100 elektrisch
verbunden und, wie in 4b gezeigt,
mechanisch mit dem Gehäuse 100 gekoppelt.
Des weiteren bezeichnet in den 4b, 5a und 5b die Bezugsziffer 51 einen
metallischen Abstandhalter, der wie ein Ring ausgeformt ist und,
wie in 2 gezeigt, zwischen der Gate-Treiberausgabe 41 eingeklemmt
ist, die an der Oberfläche
des Bestückungsboards 110 und
der Gate-Elektrode G ausgebildet ist, und die Bezugsziffer 52 bezeichnet
einen metallischen Abstandhalter, der zwischen einem an der Unterseite
des Bestückungsboards 110 ausgebildeten
(nicht dargestellten) Kathodenleiter-Element und der gut leitenden metallischen
Platte 120 eingeklemmt ist. Beide metallischen Abstandhalter 51 und 52 dienen
dazu, die geeignete dimensionale Beziehung am oberen Ende der GTO-Einrichtung 11 beizubehalten,
die elektrisch mit der nicht dargestellten elektrischen Hauptelektrode,
der Gate-Elektrode G, dem Bestückungsboard 110 und
der metallischen Platte 120 gemäß einer bestimmten Distanz
zwischen der Grundoberfläche
der zweiten Hauptelektrode und der ringförmigen Gate-Elektrode G verbunden
ist. Während
in 4b alles von dem
Ringbeschlag 17 und dem metallischen Abstandhalter 51 gesehen
werden kann, sind diese tatsächlich
von dem Gesichtspunkt aus durch die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 verborgen.
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In 5a bezeichnet
das Bezugszeichen Ce ein keramisches Gehäuse, welches ein Teil des Flachgehäuses zum
Verpacken der GTO-Einrichtung 11 dort drin ist. Der Ringbeschlag 17,
der metallische Abstandhalter 51 und das Bestückungsboard 110 sind
im Schnitt gezeigt. In 5b bezeichnet
die Bezugsziffer 54 eine Schraube zum sicheren Dazwischenklemmen
der Gate-Elektrode G zwischen dem Ringbeschlag 17 und dem
metallischen Abstandhalter 51, und die Bezugsziffer 57 bezeichnet
eine Schraube, welche durch das Bestückungsboard 110 hindurchläuft, um
das Bestückungsboard 110 sicher zwischen
den metallischen Abstandhaltern 52 und 51 zu klemmen.
Des weiteren bezeichnet die Bezugsziffer 56 eine isolierende
Durchführung,
um einen Kurzschluss der Gate-Elektrode
G und der nicht dargestellten zweiten Hauptelektrode über die
Schraube 57 zu verhindern, und die Bezugsziffer 55 bezeichnet eine
Schraube, um den metallischen Abstandhalter 52 auf der
gut leitenden metallischen Platte 120 zu sichern.
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Wie anhand der 5a und 5b gesehen werden
kann, erstreckt sich die (nicht dargestellte) zweite Hauptelektrode
der GTO-Einrichtung 11 durch das Durchgangsloch 30,
so dass das Flachgehäuse einschließlich des
keramischen Gehäuses
Ce in der Umgebung des Durchgangsloches 30 angeordnet ist,
und der Durchmesser des Durchgangsloches 30 umgibt teilweise
das Flachgehäuse.
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Jede Schraube 54 steht im
Eingriff mit einem Bohrloch in dem metallischen Abstandhalter 51,
und jede Schraube 57 läuft,
wie in 1 gezeigt, durch ein
in den metallischen Abstandhalter 52 eingebrachtes Durchgangsloch
und durch ein in das Bestückungsboard 110 eingebrachtes
Durchgangsloch 18 hindurch, und sie steht ebenso in Eingriff
mit einem Bohrloch in dem metallischen Abstandhalter 51,
wobei jede Schraube 57 von dem metallischen Abstandhalter 52 isoliert
ist. Daraus resultiert, dass die Bestückungsposition des metallischen
Abstandhalters 51 hinsichtlich des Bestückungsboards 110 über die Vielzahl
der Schrauben 54 definiert wird. Die Bestimmung der Bestückungsposition
des metallischen Abstandhalters 51 definiert ebenso die
Bestückungspositionen
des Ringbeschlages 17 und der GTO-Einrichtung 11.
Des weiteren wird die Bestückungsposition
des auf der sehr gut leitenden metallischen Platte 120 gesicherten
metallischen Abstandhalters 52 hinsichtlich des Bestückungsboards 110 über die
Vielzahl der Schrauben 57 definiert.
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Wie bereits erwähnt ist das (nicht dargestellte)
Kathodenleitungs-Element, welches mit der (nicht dargestellten)
zweiten Hauptelektrode der GTO-Einrichtung 11 elektrisch
verbunden ist, an der Unterseite des Bestückungsboards 110 ausgebildet.
Die elektrische Verbindung zwischen dem an der Unterseite des Bestückungsboards 110 ausgebildeten
Kathodenleitungs-Teil und der zweiten Hauptelektrode der GTO-Einrichtung 11 wird über die
gut leitende metallische Platte 120 sichergestellt, die
fest in Kontakt mit der nicht dargestellten zweiten Hauptelektrode
und dem metallischen Abstandhalter 52 gebracht ist.
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Sowohl die Gate-Elektrode G als auch
das Bestückungsboard 110 sind
von daher zwischen dem Ringbeschlag 17 und der gut leitenden
metallischen Platte 120 eingeklemmt, welche fest in Kontakt
mit der Grundoberfläche
der zweiten Hauptelektrode gebracht ist, die sich mit der Gate-Elektrode
G zusammentut. Wie in 2 gezeigt
steht die Gate-Elektrode G von daher in elektrischem Kontakt mit
der Gate-Treiberausgabe 41, die an der Oberfläche des Bestückungsboards 110 mittels
des metallischen Abstandhalters 51 ausgebildet ist. Ferner
ist die zweite Hauptelektrode, die als Kathodenelektrode in dieser Ausführungsform
dient, über
die gut leitende metallische Platte 120 und über den
metallischen Abstandhalter 52 elektrisch mit dem (nicht
dargestellten) Kathodenleitungs-Element elektrisch verbunden, indem die
Grundoberfläche
der zweiten Hauptelektrode in festem Kontakt mit der metallischen
Platte 120 gebracht wird. Es muss nicht erwähnt werden,
dass die Gate-Elektrode G elektrisch von der zweiten Hauptelektrode
isoliert ist.
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Wie zuvor beschrieben, ist die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit dem Ringbeschlag 17 und
der gut leitenden metallischen Platte 120 versehen, die
fest in Kontakt mit der Grundoberfläche der (nicht dargestellten)
zweiten Hauptelektrode gebracht sind, welche sich mit der Gate-Elektrode
G zusammentut, und die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
ist so konstruiert, dass die Gate-Elektrode G und das Bestückungsboard 110 zwischen
dem Ringbeschlag 17 und der gut leitenden metallischen
Platte 120 eingeklemmt werden. Demgemäß bietet die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
der vorliegenden Ausführungsform eine
hohe mechanische Festigkeit. Zusätzlich
dienen der Ringbeschlag 17 und der metallische Abstandhalter 51 dazu,
das Potential der Gate-Elektrode G über den gesamten Umfang der
ringförmigen Gate-Elektrode
G konsistent zu machen. Daraus resultiert, dass die an der Gate-Elektrode
des innerhalb des Flachgehäuses
untergebrachten Leistungs- Halbleiterwafers
angelegte Rückwärtsvorspannung
konsistent über
den gesamten Umfang der Gate-Elektrode ist. Dieses resultiert in
einer Verbesserung des Unterbrechungsleistungsvermögens der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung.
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Des weiteren weist, wie in 4a gezeigt, die Vortreibereinrichtung 16 elektronische
Komponenten auf, wie etwa Kapazitäten, Transistoren, wie etwa
MOSFETs, eine signalverarbeitende integrierte Schaltung, und eine
pufferintegrierte Schaltung. Wie zuvor erwähnt, ist die Vortreibereinrichtung 16 in
der Umgebung der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 20 angeordnet,
und dieses resultiert in einer Abnahme der Schleifenimpedanz der Gate-Schaltung,
die zum Treiben der Anzahl der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 verwendet
wird. Demgemäß können die
an die Gates der Anzahl der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 angelegten
Spannungen stabilisiert werden, und von daher kann eine Fehlfunktion
in jeder Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 verhindert
werden, welche durch eine Rauschen hervorgerufen wird, das zwischen
der Vortreibereinrichtung 16 und jeder Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 eingeführt wird.
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Zweite Ausführungsform
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Als nächstes wird auf 6 Bezug genommen, wo eine
Draufsicht dargestellt ist, die die Anordnung einer Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnen die Bezugsziffern 20a und 20b erste
und zweite Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen,
die getrennt voneinander und an zwei jeweiligen Bereichen an dem Bestückungsboard 110 angeordnet
sind, die Bezugsziffern 16a und 16b bezeichnen
erste und zweite Vortreibereinrichtungen, die sich auf die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtungen 20a bzw. 20b beziehen,
die Bezugsziffern 61a und 61b bezeichnen ein Paar
von Verbindungseinrichtungen zum elektrischen Verbinden von sowohl
der ersten als auch der zweiten, getrennt auf dem Bestückungsboard 110 angeordneten
Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung 20a und 20b mit
einem Kabel 62, die Bezugsziffern 63a und 63b bezeichnet
ein anderes Paar von Verbindungseinrichtungen zum elektrischen Verbinden
des Kabels 62 mit der Vorwärtsrückspannungs-Treibereinrichtung 24, der
Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25,
der Pufferschaltung 33 und so weiter, und die Bezugsziffer 200 bezeichnet ein
anderes Bestückungsboard,
aus welchem die Vorwärtsrückspannungs-Treibereinrichtung 24,
die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25,
die Pufferschaltung 33 und so weiter enthalten sind. Das andere
Substrat 200 kann, wie in 6 gezeigt,
getrennt vom Bestückungsboard 110 angeordnet
sein.
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Wie in 6 gezeigt,
ist das Bestückungsboard 110 der
zweiten Ausführungsform,
auf welchem die GTO-Einrichtung 11 bestückt ist, und auf welchem die
erste und zweite Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung 20a und 20b enthalten sind,
wie ein Rechteck ausgeformt, so dass die Länge der kürzeren Seite nahezu gleich
dem äußeren Durchmesser
des Ringbeschlages 17 ist, um die Gate-Elektrode G der
GTO-Einrichtung 11 auf das Bestückungsboard 110 zu
sichern, und die Länge
der längeren
Seite ist größer als
der äußere Durchmesser
des Ringbeschlages 17 derart, dass die erste und zweite
Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtungen 20a und 20b in
zwei jeweiligen Bereichen auf dem Bestückungsboard 110 angeordnet
sind, welche in der Längsrichtung
des rechtwinkligen Bestückungsboards 110 angeordnet
sind und welche durch die GTO-Einrichtung 11 getrennt voneinander sind.
Die kürzere
Breite des Bestückungsboards 110 kann
von daher im Vergleich mit der Anordnung der ersten Ausführungsform,
in welcher die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
konsistent um den gesamten Umfang der GTO-Einrichtung 11 angeordnet
ist, reduziert werden. Wenn eine Vielzahl von Bestückungsboards 110 geschichtet
werden, wobei jedes Bestückungsboard
die Anordnung und Bestückung
einer GTO-Einrichtung 11 aufweist, kann demgemäß der Zwischenraum
zwischen Abstandsbolzen oder die Breite eines Gurtes, der zum Sichern
der Gesamtheit der Vielzahl der zusammen miteinander geschichteten
GTO-Elemente benötigt
wird, reduziert werden. Des weiteren resultiert dieses in einer Verbesserung
der mechanischen Festigkeit durch das Schichten und Reduzieren der
Größe des geschichteten
Satzes von GTO-Einrichtungen.
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Da die Vorwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung 24 auf
dem anderen Board 200 enthalten ist, das verschieden und
getrennt von dem Bestückungsboard 110 ist,
auf welchem die erste und zweite Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen 20a und 20b enthalten
sind, ist die Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 24 beständig gegenüber Rauschen,
das durch den hohen Rückwärtsvorspannungs-Strom
mit einer hohen Änderungsrate (–dIg/dt)
verursacht wird. Des weiteren verbessert die getrennte Anordnung
der Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 24 von
der GTO-Einrichtung 11, neben welcher kein hinreichend
freier Platz zur Bestückung
anderer Komponenten besteht, die Flexibilität der Verwendung der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung.
Da die erste und zweite Vortreibereinrichtungen 16a und 16b zum
Treiben der Anzahl der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen
in der ersten und zweiten Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung 20a und 20b,
die in den beiden jeweiligen Bereichen getrennt angeordnet sind,
in den jeweiligen Bereichen auf den Bestückungsboard 110 für die jeweiligen
Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen 20a und 20b ähnlich bestückt sind,
kann die Schleifenimpedanz der Gate-Schaltung, die für die Anzahl
der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 von
sowohl der ersten als auch der zweiten Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtungen 20a und 20b verwendet wird,
reduziert werden. Als ein Resultat können die Spannungen, die an
den Gates der Anzahl der Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtungen 3 angelegt werden,
stabilisiert werden, und von daher kann eine Fehlfunktion in jeder
Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 verhindert
werden, die durch ein Rauschen verursacht wird, welches zwischen
jeder der ersten und zweiten Vortreibereinrichtung 16a und 16b und
jeder durch die erste und zweite Vortreibereinrichtung 16a oder 16b getrieben Rückwärtsvorspannungs-Schalteinrichtung 3 eingeführt wird.
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Die Flexibilität der Verwendung der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
wird verbessert, da die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25 für die erste
und zweite Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtungen 20a und 20b auf
dem anderen Board 200 enthalten ist, welches verschieden
und getrennt von dem Bestückungsboard 110 ist,
auf welchem die ersten und zweiten Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtungen 20a und 20b enthalten sind,
und in Folge dessen ist die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25 getrennt
von dem Bestückungsboard 110 angeordnet,
welches die GTO-Einrichtung 11 enthält, neben welchem kein hinreichend freier
Platz zur Bestückung
anderer Komponenten vorliegt. Da die Vorwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung 24 auf
dem anderen Board enthalten ist, welches verschieden und getrennt
von dem Bestückungsboard 110 vorliegt,
wird des weiteren die Flexibilität
der Verwendung der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
verbessert.
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Als nächstes wird auf die 7a und 7b Bezug genommen, wo eine Draufsicht
und eine Seitenansicht dargestellt sind, die die detaillierte Anordnung
der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der zweiten
in 6 gezeigten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen. Des weiteren sind die 8a und 8b eine Draufsicht und eine Seitenansicht,
die die gehaltene Anordnung des Boards 200 der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der in 6 gezeigten vorliegenden
Erfindung, und das Gehäuse 100,
welches das Board 200 enthält, zeigen. In diesen Figuren
werden die gleichen Komponenten und Elemente, wie die, die in 6 gezeigt werden, und ähnliche
Komponenten und Elemente mittels der gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
In den 8a und 8b bezeichnet die Bezugsziffer 71 einen Bestückungsfuß zum Sichern
des Gehäuses 100, welches
das Board 200 enthält,
auf welchem die Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung 24,
die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung 25 und
so weiter enthalten sind, und die Bezugsziffer 72 bezeichnet
ein Loch, welches in jedem Bestückungsfuß 71 ausgebildet
ist. Das Gehäuse 100 ist
bei einer gewünschten
Bestückungsposition
unter Verwendung von vier Bestückungsschrauben
durch die Löcher 72 in
den vier Bestückungsfüßen 71 gesichert.
Während in 7d alles vom Ringbeschlag 17 und
von dem metallischen Abstandhalter 51 gesehen werden kann,
wird die Sicht tatsächlich
teilweise durch die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen 20a und 20b verhindert.
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Als nächstes wird auf 9a Bezug genommen, wo eine
teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht dargestellt ist, die
den Einbau der GTO-Einrichtung 11 in die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung gemäß der in 6 gezeigten zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Des weiteren zeigt die 9b eine Querschnittsansicht,
die die GTO-Einrichtung 11 zeigt, welche auf dem in 9a gezeigten Bestückungsboard 110 montiert
ist. In diesen Figuren werden die gleichen Komponenten und Elemente,
wie die in den 5a und 5b gezeigten, und ähnliche
Komponenten und Elemente durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der zweiten Ausführungsform
ist mit einer gut leitenden metallischen Platte 130 versehen,
welche anstelle mit der in den 5a und 5b gezeigten gut leitenden
metallischen Platte 120 mit dem metallische Abstandhalter 52 über eine
Vielzahl von Schrauben 55 gesichert wird. Die gut leitende
metallischen Platte 130 wird fest in Kontakt mit der Grundoberfläche der
nicht dargestellten zweiten Hauptelektrode der GTO-Einrichtung 11 derart
gebracht, dass die obere Oberfläche der
gut leitenden metallischen Platte 130, wie die gut leitende
metallischen Platte 120 in der ersten Ausführungsform,
in Kontakt mit der Grundoberfläche
der zweiten Hauptelektrode steht. Die gut leitende metallische Platte 130 ist
nicht mit dem in den 8a und 8b gezeigtem Gehäuse 100 gekoppelt,
ungleich der gut leitenden metallischen Platte 120 in der
ersten Ausführungsform.
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In der wie obig erwähnt aufgebauten
Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
der zweiten Ausführungsform
ist das Bestückungsboard 110 elektrisch
mit dem anderen Board 200 über die Verbinder 61a, 61b, 63a und 63b und
dem Kabel 62 verbunden, welches den Verbinder 61a mit
dem Verbinder 63a verbindet. Von daher kann das Board 200 ungehindert
bzw. frei von Anwendungsvorrichtungen montiert werden, die getrennt
von dem Bestückungsboard 110 angeordnet
sind. Wenn ein Beschaltungselement, eine Klemmungs- bzw. Spannungsschaltung, eine
Spannungsklemmschaltung, ein Kühlmechanismus
und die notwendige Verkabelung unter Verwendung der gut leitenden
metallischen Platte (oder einer gut leitenden metallischen Leitung
oder eines Busses) angeordnet und montiert bzw. installiert werden, um
eine Vielzahl von Bestückungsboards 110 dieser Ausführungsform
zu stapeln, wobei auf jedem dieser Bestückungsboards die GTO-Einrichtung 11 enthalten
ist, können
diese Komponenten optimal gemäß den günstigsten
Konditionen für
die Anordnung einer jeden Komponente, gemäß Einschränkungen, die bei der Anordnung
einer jeden Komponente vorhanden sind, und gemäß deren Reihenfolgen, die der
Anordnung dieser Komponenten zugeordnet sind, angeordnet werden.
Dieses resultiert in einer Verbesserung der Flexibilität bei der
Verwendung einer Vielzahl von Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtungen.
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Wie in den 7a, 7b, 9a und 9b gezeigt, ist die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
derart aufgebaut, dass sie die Gate-Elektrode G und das Bestückungsboard 110 einklemmt,
auf welchem die erste und zweite Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung 20a und 20b und
die erste und zweite Vortreibereinrichtung 16a und 16b zwischen
dem Ringbeschlag 17 und der gut leitenden metallischen
Platte 130 angeordnet sind. Demgemäß liefert die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine hohe mechanische Festigkeit. Zusätzlich dienen
der Ringbeschlag 17 und der metallische Abstandhalter 51 dazu,
das Potential der Gate-Elektrode G über den gesamten Umfang der
ringförmigen
Gate-Elektrode G konsistent zu machen. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass die Rückwärtsvorspannung,
die an der Gate-Elektrode G angelegt ist, über den gesamten Umfang der
ringförmigen
Gate-Elektrode G konsistent ist. Dieses resultiert in einer Verbesserung
der Unterbrechungsleistungsfähigkeit
der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung.
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Wie bereits erwähnt, bietet die vorliegende Erfindung
die folgenden Vorteile.
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In Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform
von der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
bereitgestellt, die folgendes aufweist: eine Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung,
die in einem Flachgehäuse
untergebracht und mit ersten und zweiten flachen Hauptelektroden
versehen ist, zwischen denen ein Hauptstrom fließt, wenn die Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
eingeschaltet ist, und eine Steuerelektrode, welche einen ringförmige Formgebung
aufweist und von dem Flachgehäuse
nach Außen
hervorragt und welche sich mit der zweiten flachen Hauptelektrode
zusammentut, um die elektrische Leitung zwischen der ersten und
zweiten flachen Hauptelektrode zu steuern; eine Vorwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung,
um eine Vorwärtsvorspannung
zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode anzulegen;
wobei die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
eine Vielzahl von Speichereinrichtungen aufweist, die um den Umfang
der Steuerelektrode der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung angeordnet
sind, um eine elektrische Energie zu speichern, die mittels einer
Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgungseinrichtung zugeführt wird,
um eine Rückwärtsvorspannung
zwischen der Steuerungselektrode und der zweiten Hauptelektrode
anzulegen, und eine Vielzahl in Serien bzw. in Reihe mit der Vielzahl der
Speichereinrichtungen verbundener Schalteinrichtungen, welche eingeschaltet
werden können,
um die in der Vielzahl der Speichereinrichtungen gespeicherte elektrische Energie
zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode anzulegen;
und ein Bestückungsboard,
auf welchem die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
enthalten ist, wobei das Bestückungsboard
ein Durchgangsloch aufweist, durch welches die zweite Hauptelektrode
der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
derart hindurch läuft,
dass das Flachgehäuse
in der Umgebung des Durchgangsloches angeordnet ist und der Umfang des
Durchgangsloches teilweise das Flachgehäuse umgibt, und wobei ein Leistungselement
an einer Oberfläche
des Bestückungsboards
ausgebildet und elektrisch mit der Steuerelektrode der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
verbunden ist. Demgemäß wird ein
ungünstiger
thermischer Effekt an der Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung aufgrund
der in dem Leistungs-Halbleiterwafer
erzeugten Wärme
reduziert, und von daher kann die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
der Ausführungsform
einen hohen Grad der Zuverlässigkeit bzw.
Funktionssicherheit sicherstellen.
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Da die Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
um den Umfang der ringförmigen
Steuerelektrode angeordnet ist, welche von dem Flachgehäuse hervorragt,
wird zusätzlich
eine Rückwärtsvorspannung
konsistent bei der gesamten Steuerelektrode angelegt, und die Schleifenimpedanz
der Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
wird herabgesetzt. Von daher kann die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
eine Rückwärtsvorspannung
anlegen, welche eine hohe Stromänderungsrate
aufweist und welche einen großen
Stromwert hat, selbst wenn die Amplitude der durch die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung
erzeugte Vorspannungs-Spannung
beschränkt
ist, wodurch das Unterbrechungsleistungsvermögen der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
verbessert wird.
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In bevorzugter Weise weist die Vorrichtung eine
gut leitende metallischen Platte, die fest in Kontakt mit einer
festen Oberfläche
der zweiten Hauptelektrode gebracht ist, und einen gut leitenden
Ringbeschlag auf. Des weiteren klemmen die gut leitende metallischen
Platte und der Ringbeschlag in Vereinigung zwischen ihnen die Steuerelektrode
und das Bestückungsboard
ein. Demgemäß stellt
die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
eine hohe mechanische Festigkeit bereit. Zusätzlich dient der gut leitende
Ringbeschlag dazu, das Gate-Potential um den gesamten Umfangsbereich
der ringförmigen Gate-Elektrode
konsistent zu machen. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass an
der gesamten Steuerelektrode die Rückwärtsvorspannung konsistent angelegt
wird. Dieses resultiert in einer Verbesserung der Unterbrechungsleistungsfähigkeit
und der Funktionssicherheit bzw. Funktionszuverlässigkeit durch mechanische
Einrichtungen der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Vorwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
getrennt von der Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung angeordnet.
Demgemäß ist die
Vorwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
beständig
gegenüber
induziertem Rauschen, welches durch einen großen Rückwärtsvorspannungs-Strom mit einer
hohen Stromänderungsrate
verursacht wird. Des weiteren verbessert die getrennte Anordnung
der Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
von der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
die Flexibilität
der Verwendung der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung dieser
Ausführungsform.
Die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung kann ein anderes Board
aufweisen, welches von dem Bestückungsboard
getrennt liegt, auf welchem die Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
enthalten ist, und die Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
kann auf dem anderen Board enthalten sein. Demgemäß kann ein
negativer Effekt an der Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
aufgrund eines induzierten Rauschens ferner reduziert werden, welches
aufgrund eines großen Rückwärtsvorspannungs-Stroms
mit einer hohen Änderungsrate
des Stromes verursacht wird. Des weiteren verbessert die getrennte
Anordnung der Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
von der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
die Flexibilität
der Verwendung der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung und der
Vorwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
dieser Ausführungsform.
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In bevorzugter Weise ist die Rückwärtsvorspannungs-Stromversorgung ebenfalls
auf dem anderen Board enthalten. Die Flexibilität der Verwendung der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung
und der Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung kann
von daher verbessert werden.
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Die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung kann
ferner eine Vortreibereinrichtung aufweisen, die im Bestückungsboard
angebracht ist und in der Umgebung der Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
angeordnet ist, um die Vielzahl der Schalteinrichtungen der Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
zu treiben. Demgemäß können die
Schleifenimpedanz einer Schaltung, die die Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
und die zweite Haupt- und Gate-Elektroden aufweist, reduziert werden.
Daraus resultiert, dass die Spannungen, die an den Gates der Anzahl
der Schalteinrichtungen der Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
angelegt werden, stabilisiert werden können, und von daher kann eine
Fehlfunktion in jeder Schalteinrichtung verhindert werden, die aufgrund
eines Rauschens verursacht wird, welches zwischen der Vortreibereinrichtung
und einer jeden Schalteinrichtung der Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
eingeführt wird.
Die Betriebssicherheit bzw. Betriebssicherheit der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
wird von daher verbessert.
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In Übereinstimmung mit einer anderen
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung teilt das Durchgangsloch eine Oberfläche des Bestückungsboards,
auf welchem die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung enthalten
ist, in zwei Oberflächenabschnitte
ein, und die Rückwärtsvorspannungs-Treibereinrichtung
weist erste und zweite Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen
auf, welche separat bzw. getrennt auf den jeweiligen beiden Oberflächenabschnitten,
die zueinander gegenüber
dem Durchgangsloch liegen, angeordnet sind. Demgemäß kann die
kürzere
Seite des Bestückungsboards
eine Länge
aufweisen, die hinreichend für
Aufnahme von wenigstens dem Flachgehäuse ist. Die Breite des Bestückungsboards
kann im Vergleich mit der Anordnung reduziert werden, in welcher
die Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltung
um den gesamten Umfang der Steuerelektrode angeordnet ist. Von daher
können,
wenn eine Vielzahl von solchen Bestückungsboards geschichtet werden,
auf welchen jeweils eine Leistungs-Halbleiterschalteinrichtung angebracht
und von daher enthalten sind, der Zwischenraum zwischen Abstandsbolzen
oder die Breite eines Riemens, der zur Sicherung von sämtlichen
der Vielzahl der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtungen erforderlich
ist, welche übereinander
geschichtet sind, reduziert werden. Des weiteren resultiert dieses
in einer Verbesserung der mechanischen Festigkeit im Schichten und
Reduzieren der Größe des geschichteten
Satzes von Leistungs-Halbleiterschalteinrichtungen.
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In bevorzugter Weise weist die Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
erste und zweite Vortreibereinrichtungen auf, die an den beiden
jeweiligen Oberflächenbereichen
des Bestückungsboards angeordnet
sind, zum jeweiligen Treiben der entsprechenden Schalteinrichtungen
der ersten und zweiten Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen,
die an den beiden jeweiligen Oberflächenbereichen auf dem Bestückungsboard
enthalten sind. Die Breite des Bestückungsboards kann im Vergleich
mit der Anordnung reduziert werden, in welcher die Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung
um den gesamten Umfang der Steuerelektrode angeordnet ist. Wenn
von daher eine Vielzahl von solchen Bestückungsboards geschichtet werden,
auf welchen jeweils eine Leistungs- Halbleiterschalteinrichtung montiert
und somit enthalten ist, kann der Zwischenraum zwischen Abstandsbolzen
oder die Breite eines Riemens reduziert werden, der zur Sicherung
von sämtlichen
der Vielzahl der Leistungs-Halbleiterschalteinrichtungen
benötigt
wird, die zusammen geschichtet werden. Des weiteren resultiert dieses
in einer Verbesserung der mechanischen Festigkeit in der Schichtung
und in einer Reduzierung der Größe des geschichteten
Satzes von Leistungs-Halbleiterschalteinrichtungen.
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Die Schleifenimpedanz einer Schaltung,
die die Rückwärtsvorspannungs-Treiberverschaltung und
die zweite Haupt- und Gate-Elektrode enthält, kann vermindert werden.
Daraus resultiert, dass Spannungen, die an die Gates der Anzahl
der Schalteinrichtungen der ersten und zweiten Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen
angelegt werden, stabilisiert werden, und von daher kann eine Fehlfunktion
in jeder Schalteinrichtung verhindert werden, die durch ein Rauschen
verursacht wird, welches zwischen jeder der ersten und zweiten Vortreiberschaltungen
und jeder Schalteinrichtung der ersten oder zweiten Rückwärtsvorspannungs-Treiberschaltungen
eingeführt
wird. Die Funktionssicherheit bzw. Funktionszuverlässigkeit
der Leistungs-Halbleiterschaltvorrichtung
wird von daher verbessert.