DE10103106A1 - Leistungsmodul - Google Patents

Leistungsmodul

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smoothing capacitor
terminal
housing
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Nobuyoshi Kimoto
Takanobu Yoshida
Naoki Yoshimatsu
Masuo Koga
Dai Nakajima
Gourab Majumdar
Masakazu Fukada
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Mitsubishi Electric Corp
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Renesas Semiconductor Engineering Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Ein Leistungsmodul beinhaltet einen kastenförmigen Glättungskondensator (20) zum Glätten einer Gleichstrom-Versorgungsspannung, die von außen an eine Leistungs-Halbleitervorrichtung (5) anzulegen ist. Der Glättungskondensator (20) steht in Berührung mit einer Seitenfläche eines Gehäuserahmens (6), welche eine Seite (entlang derer ein N-Anschluß (8N) und ein P-Anschluß (8P) angeordnet sind) einer oberen Oberfläche des Gehäuserahmens (6) beinhaltet, wobei der Glättungskondensator eine obere Oberfläche aufweist, die mit der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens (6) bündig abschließt. Eine N-Elektrode (21N) und eine P-Elektrode (21P) des Glättungskondensators (20) sind auf der oberen Oberfläche des Glättungskondensators (20) nahe dem N-Anschluß (8N) bzw. dem P-Anschluß (8P) eines Leistungsmodul-Körperbereichs (99) angeordnet. Der Leistungsmodul kann Schaltungsinduktivitäten reduzieren, besitzt eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht und weist gute Vibrationsbeständigkeit auf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungs­ modul und betrifft im spezielleren eine Leistungsmodul­ konstruktion mit einem Glättungskondensator zum Glätten einer Gleichstrom-Versorgungsspannung, die von außen an eine Leistungs-Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel einen Bi­ polartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), anzulegen ist.
Fig. 28 zeigt eine schematische, von oben gesehene Draufsicht auf eine Konstruktion eines Leistungsmodul-Körperbereichs 100 des einschlägigen Standes der Technik. Ausgangsanschlüsse 111U, 111V und 111W sind entlang einer ersten Seite einer oberen Oberfläche eines Gehäuserahmens 106 angeordnet, und ein P-Anschluß 108P sowie ein N-Anschluß 108N sind entlang einer zu der ersten Seite parallelen zweiten Seite der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 106 angeordnet.
Fig. 29 zeigt eine Querschnittsansicht der Konstruktion ent­ lang der Linie X100-X100 der Fig. 28. Der aus Harz herge­ stellte Gehäuserahmen 106 ist auf einer Basisplatte 101 aus Metall angeordnet. Eine aus Harz gebildete Gehäuseabdeckung 116 ist auf dem Gehäuserahmen 106 angeordnet.
Ein aus Keramik bestehendes isolierendes Substrat 102 ist auf die Basisplatte 101 aufgelötet, wie dies bei dem Bezugs­ zeichen 103 gezeigt ist. Eine Vielzahl von Leistungs-Halb­ leitervorrichtungen 105, wie zum Beispiel IGBTs, sind auf das isolierende Substrat 102 aufgelötet, wie dies bei dem Bezugs­ zeichen 104 dargestellt ist.
Schaltungselemente (nicht gezeigt), wie zum Beispiel Schalt­ elemente, sind auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 102 angebracht, und ein vorbestimmtes Schaltungs­ muster (nicht gezeigt) ist auf der oberen Oberfläche des iso­ lierenden Substrats 102 ausgebildet.
Ein Steuersubstrat 114, das mit einer Steuerschaltung zum Steuern der Leistungs-Halbleitervorrichtungen 105 ausgebildet ist, ist im Inneren des Gehäuserahmens 106 angeordnet. Das Steuersubstrat 114 ist mit ersten Enden jeweiliger Zwischen­ verbindungselektroden 112 verlötet. Die zweiten Enden der jeweiligen Zwischenverbindungselektroden 112 sind durch Aluminiumdrähte 109 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 105 verbunden.
Eine Antirausch-Abschirmplatte 113 ist zwischen dem Steuer­ substrat 114 und dem isolierenden Substrat 102 innerhalb des Gehäuserahmens 106 angeordnet. Ein unterhalb der Abschirm­ platte 113 befindlicher Innenraum des Gehäuserahmens 106 ist mit einem Silikongel 115 gefüllt.
Der N-Anschluß 108N ist auf der oberen Oberfläche des Gehäu­ serahmens 106 angeordnet. Der N-Anschluß 108N ist mit einem ersten Ende einer N-Elektrode 107N verbunden. Ein zweites Ende der N-Elektrode 107N ist durch die Aluminiumdrähte 109 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 105 verbunden.
Der P-Anschluß 108P (in Fig. 29 nicht gezeigt) ist ebenfalls auf der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 106 angeordnet. Der P-Anschluß 108P ist mit einem ersten Ende einer P-Elek­ trode 107P verbunden. Ein zweites Ende der P-Elektrode 107P ist durch die Aluminiumdrähte 109 sowie das auf dem isolie­ renden Substrat 102 ausgebildete Schaltungsmuster mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 105 verbunden.
Der Ausgangsanschluß 111V ist auf der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 106 angeordnet. Der Ausgangsanschluß 111V ist mit einem ersten Ende einer Ausgangselektrode 110 verbunden. Ein zweites Ende der Ausgangselektrode 110 ist durch die Aluminiumdrähte 109 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 105 verbunden.
Fig. 30 zeigt eine schematische Schnittansicht zur Erläute­ rung der Gesamtkonstruktion eines Leistungsmoduls des Standes der Technik, und zwar in einer Seitenaufrißansicht. Ein Glät­ tungskondensator 120 zum Glätten einer Gleichstrom-Versor­ gungsspannung, die von außen an die Leistungs-Halbleitervor­ richtungen 150 anzulegen ist, ist über dem Leistungsmodul-Körperbereich 100 angeordnet.
Eine N-Elektrode 121N und eine P-Elektrode 121P (die in Fig. 30 beide mit dem Bezugszeichen 121 bezeichnet sind) des Glät­ tungskondensators 120 sowie der N-Anschluß 108N und der P-Anschluß 108P (die in Fig. 30 beide mit dem Bezugszeichen 108 bezeichnet sind) des Leistungsmodul-Körperbereichs 100 sind durch einen Verbindungsleiter 124 miteinander verbunden.
Der Verbindungsleiter 124 weist einander gegenüberliegende Leiterplatten 122N und 122P mit einer dazwischen befindlichen Isolierplatte 123 auf. Die Leiterplatten 122N, 122P sowie die N- und P-Anschlüsse 108N, 108P sind jeweils mittels Schrauben 125 aneinander befestigt.
Fig. 31 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Verbindungskonstruktion zwischen den Glät­ tungskondensatoren 120 und dem Verbindungsleiter 124, und zwar gesehen in einer Draufsicht von oben. Die Leiterplatte 122N befindet sich in Kontakt mit den N-Elektroden 121N, und die Leiterplatte 122P befindet sich in Kontakt mit den P-Elektroden 121P.
Die Leiterplatte 122N besitzt in Teilbereichen vorgesehene Öffnungen 126, um einen Kontakt mit den P-Elektroden 121P zu vermeiden, und die Leiterplatte 122P besitzt in Teilbereichen vorgesehene Öffnungen 127, um einen Kontakt mit den N-Elektroden 121N zu vermeiden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Leistungsmodul des Standes der Technik ist jedoch der Verbindungsleiter 124 einschließ­ lich der Leiterplatten 122N, 122P und der isolierenden Platte 123 zur Herstellung einer Verbindung zwischen den N- und den P-Elektroden 121N, 121P der Glättungskondensatoren 120 sowie den N- und P-Anschlüssen 108N, 108P des Leistungsmodul-Körperbereichs 100 notwendig. Dies führt zu Problemen hinsichtlich der großen Anzahl von Teilen sowie zu einer komplizierten Montage.
Ein weiteres Problem besteht in einer erhöhten Schaltungs­ induktivität aufgrund eines langen Verdrahtungsweges zwischen den Glättungskondensatoren 120 und den Leistungs-Halbleiter­ vorrichtungen 105.
Im Betrieb des Leistungsmoduls verursachen die mit hoher Geschwindigkeit ablaufenden Schaltvorgänge der Leistungs- Halbleitervorrichtungen 105 einen hohen impulsförmigen Strom, der proportional zu dem Stromänderungsbetrag (di/dt) ist und zwischen den Glättungskondensatoren 120 und den Leistungs- Halbleitervorrichtungen 105 fließt, so daß sich eine zu der Schaltungsinduktivität proportionale Spannung entwickelt, die wiederum als Rauschen den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 105 zugeführt wird.
Außerdem erfordert die Erhöhung der Schaltungsinduktivität eine Erhöhung der elektrostatischen Kapazität der Glättungs­ kondensatoren 120, um überlagerte Wechselspannungen zu unter­ drücken. Dies führt zu einer Vergrößerung der Glättungs­ kondensatoren 120 und somit zu einer Steigerung der Größe des eigentlichen Leistungsmoduls. Aus diesem Grund ist die Schal­ tungsinduktivität vorzugsweise niedrig.
Außerdem besitzt ein Leistungsmodul des Standes der Technik, der die groß dimensionierten Glättungskondensatoren 120 in Anordnung über dem Leistungsmodul-Körperbereich 100 aufweist, eine zu geringe Vibrationsbeständigkeit, um beispielsweise als in einem Kraftfahrzeug angebrachter Leistungsmodul ver­ wendet zu werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe eines Leistungsmoduls, bei dem sich die Schaltungs­ induktivität reduzieren läßt und der eine geringe Größe, ein niedriges Gewicht sowie eine hohe Vibrationsbeständigkeit aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Leistungsmodul folgendes auf: ein Substrat mit einer dar­ auf angebrachten Leistungs-Halbleitervorrichtung; ein Gehäuse mit einem Innenraum, in dem das Substrat angeordnet ist; einen N-Anschluß und einen P-Anschluß, die entlang einer ersten Seite einer Hauptfläche des Gehäuses angeordnet sind und mit der Leistungs-Halbleitervorrichtung elektrisch ver­ bunden sind; sowie einen Glättungskondensator mit einer ersten Elektrode, die mit dem N-Anschluß verbunden ist, und einer zweiten Elektrode, die mit dem P-Anschluß verbunden ist, zum Glätten einer der Leistungs-Halbleitervorrichtung von außen zuzuführenden Spannung, wobei der Glättungskonden­ sator eine Hauptfläche aufweist, die bündig mit der Haupt­ fläche des Gehäuses abschließt, sowie in Berührung mit einer Seitenfläche des Gehäuses angeordnet ist, welche die erste Seite der Hauptfläche des Gehäuses beinhaltet, wobei die erste und die zweite Elektrode auf der Hauptfläche des Glät­ tungskondensators nahe dem N-Anschluß bzw. dem P-Anschluß an­ geordnet sind.
Vorzugsweise weist gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegen­ den Erfindung der Glättungskondensator in dem Leistungsmodul folgendes auf: eine Umhüllung; eine Vielzahl von Kondensator­ elementen, die in der Umhüllung angeordnet sind und von denen jedes eine erste Elektrode in Anlage an der ersten Elektrode des Glättungskondensators sowie eine zweite Elektrode in Anlage an der zweiten Elektrode des Glättungskondensators aufweist; und eine Niederhalteplatte zum Drücken der Vielzahl der Kondensatorelemente gegen die Umhüllung in einer derarti­ gen Weise, daß die Kondensatorelemente in der Umhüllung fest­ gelegt sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Umhüllung des Leistungsmoduls vorzugsweise einen einzigen Kühlkörper zum Abführen der von der Vielzahl von Kondensator­ elementen erzeugten Wärme auf.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in dem Leistungsmodul vorzugsweise wenigstens eine der ersten und der zweiten Elektrode des Glättungskondensators elastisch ausgebildet.
Gemäß einem fünften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein Leistungsmodul folgendes auf: ein Substrat mit einer darauf angebrachten Leistungs-Halbleitervorrichtung; ein Gehäuse mit einem Innenraum, in dem das Substrat angeord­ net ist, wobei das Gehäuse eine vorbestimmte Aussparung in einer Außenfläche aufweist; einen N-Anschluß und einen P-Anschluß, die an Seitenwänden der Aussparung angeordnet sind und mit der Leistungs-Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden sind; sowie einen Glättungskondensator, der in die Aussparung eingepaßt ist und eine dem N-Anschluß entsprechend positionierte erste Elektrode sowie eine dem P-Anschluß ent­ sprechend positionierte zweite Elektrode aufweist, zum Glät­ ten einer der Leistungs-Halbleitervorrichtung von außen zuzu­ führenden Spannung.
Vorzugsweise ist gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung bei dem Leistungsmodul mindestens ein Erstes elek­ trisch leitfähiges elastisches Element zwischen der ersten Elektrode und dem N-Anschluß und/oder ein zweites elektrisch leitfähiges elastisches Element zwischen der zweiten Elek­ trode und dem P-Anschluß vorgesehen.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Leistungsmodul folgendes auf: ein erstes Substrat mit einer darauf angebrachten Leistungs-Halbleitervorrichtung; ein zweites Substrat mit einer Steuerschaltung zum Steuern der darauf ausgebildeten Leistungs-Halbleitervorrichtung; einen Glättungskondensator, der mit der Leistungs-Halbleiter­ vorrichtung elektrisch verbunden ist, zum Glätten einer der Leistungs-Halbleitervorrichtung von außen zuzuführenden Span­ nung; und ein Gehäuse, das einen Gehäuserahmen und eine Gehäuseabdeckung beinhaltet, wobei das Gehäuse einen Innen­ raum aufweist, in dem das erste Substrat, das zweite Substrat und der Glättungskondensator angeordnet sind.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Leistungsmodul der Glättungskondensator vorzugsweise an bzw. anliegend an der Gehäuseabdeckung angeordnet.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Leistungsmodul vorzugsweise eine Abschirmplatte auf, die zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ange­ ordnet ist und an dem Gehäuserahmen festgelegt ist, wobei der Glättungskondensator auf bzw. anliegend an der Abschirmplatte angeordnet ist.
Vorzugsweise weist gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegen­ den Erfindung der Leistungsmodul einen wärmeleitfähigen Flächenkörper auf, der zwischen der Abschirmplatte und dem Glättungskondensator ausgebildet ist.
Gemäß einem elften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Abschirmplatte vorzugsweise um eine Abschirmplatte aus Metall.
Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Glättungskondensator vorzugsweise auf dem ersten Substrat angeordnet.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei dem Leistungsmodul das erste Substrat und der Glät­ tungskondensator vorzugsweise aus dem gleichen Material her­ gestellt.
Gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Leistungsmodul vorzugsweise einen Kühlkörper zum Abführen der erzeugten Wärme von dem ersten Substrat auf, wobei das erste Substrat und der Gehäuserahmen auf dem Kühl­ körper plaziert sind und wobei der Glättungskondensator auf dem Kühlkörper angeordnet ist.
Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Leistungsmodul folgendes auf: ein erstes Substrat mit einer darauf angebrachten Leistungs-Halbleitervorrich­ tung; ein Gehäuse mit einem Innenraum, in dem das Substrat angeordnet ist; eine Kühlrippe mit einer Oberfläche, auf der das Substrat und das Gehäuse angeordnet sind; sowie einen Glättungskondensator, der auf einer der Anordnungsfläche des Substrats gegenüberliegenden Fläche der Kühlrippe angeordnet ist, wobei der Glättungskondensator mit der Leistungs-Halb­ leitervorrichtung elektrisch verbunden ist, um eine der Leistungs-Halbleitervorrichtung von außen zuzuführende Span­ nung zu glätten.
Gemäß einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei dem Leistungsmodul der Glättungskondensator vorzugsweise ein Keramikkondensator.
Der Leistungsmodul gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann den Verdrahtungsweg zwischen dem Glättungskon­ densator und der Leistungs-Halbleitervorrichtung verkürzen, so daß sich die Schaltungsinduktivität reduzieren läßt. Durch den Kontakt zwischen einer Seitenfläche des Glättungskonden­ sators und der Seitenfläche des Gehäuses wird die Vibrations­ beständigkeit erhöht.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem zweiten Aspekt der vorlie­ genden Erfindung schafft die Niederhalteplatte eine kollek­ tive Fixierung für die Vielzahl der Kondensatorelemente in der Umhüllung. Dies erleichtert den Montagevorgang der Viel­ zahl von Kondensatorelementen.
Der Leistungsmodul gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung verbessert die gleichmäßige Kühlwirkung der Viel­ zahl von Kondensatorelementen.
Der Leistungsmodul gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Brechen der Kondensatorelemente aufgrund der Preßkraft der Niederhalteplatte oder der Wärmebelastung in Verbindung mit der von den Kondensatorelementen erzeugten Wärme verhindern.
Außerdem kann der Leistungsmodul gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung den Kontakt zwischen der ersten Elek­ trode des Glättungskondensators und den ersten Elektroden der jeweiligen Kondensatorelemente sowie zwischen der zweite Elektrode des Glättungskondensators und den zweiten Elektro­ den der jeweiligen Kondensatorelemente sicherstellen.
Der Leistungsmodul gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann den Verdrahtungsweg zwischen dem Glättungskon­ densator und der Leistungs-Halbleitervorrichtung wiederum verkürzen, so daß die Schaltungsinduktivität vermindert wird. Durch das Einpassen des Glättungskondensators in die Aussparung des Gehäuses läßt sich die Größe des Leistungsmoduls reduzieren.
Der Leistungsmodul gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Brechen des Glättungskondensators als Ergebnis der beim Einsetzen des Glättungskondensators in die Aussparung ausgeübten Kraft oder der Wärmebelastung in Ver­ bindung mit der von dem Glättungskondensator erzeugten Wärme verhindern.
Außerdem ist der Leistungsmodul gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Lage, den Kontakt zwischen dem N-Anschluß und der ersten Elektrode des Glättungskondensators sowie zwischen dem P-Anschluß und der zweiten Elektrode des Glättungskondensators sicherzustellen.
Der Leistungsmodul gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Beständigkeit gegenüber der Umgebung ver­ bessern, da der Glättungskondensator von der außerhalb des Gehäuses befindlichen Umgebung isoliert ist.
Der Leistungsmodul gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die durch den Glättungskondensator erzeugte Wärme durch die Gehäuseabdeckung hindurch nach außen abfüh­ ren.
Der Leistungsmodul gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt eine kürzere Verdrahtungsstrecke zwischen dem Glättungskondensator und der Leistungs-Halbleitervorrich­ tung als der Leistungsmodul gemäß dem achten Aspekt, so daß sich die Schaltungsinduktivität noch weiter reduzieren läßt.
Der Leistungsmodul gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in wirksamer Weise die durch den Glättungskon­ densator erzeugte Wärme durch den wärmeleitfähigen Flächen­ körper und den Gehäuserahmen nach außen abführen und die Belastungen in Verbindung mit der durch den Glättungskonden­ sator erzeugten Wärme abschwächen.
Der Leistungsmodul gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die durch den Glättungskondensator erzeugte Wärme in wirksamer Weise durch die Abschirmplatte und den Gehäuserahmen nach außen abführen.
Der Leistungsmodul gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann den Verdrahtungsweg zwischen dem Glättungskon­ densator und der Leistungs-Halbleitervorrichtung beträchtlich verkürzen, so daß sich die Schaltungsinduktivität stark ver­ mindern läßt.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem dreizehnten Aspekt der vor­ liegenden Erfindung können der Glättungskondensator und das isolierende Substrat den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten aufweisen, so daß sich verschiedene Nachteile vermeiden lassen, die aufgrund einer Differenz beim Wärmeausdehnungs­ koeffizienten entstehen, so daß sich wiederum die Zuverläs­ sigkeit des Leistungsmoduls steigern läßt.
Der Leistungsmodul gemäß dem vierzehnten Aspekt der vorlie­ genden Erfindung kann die durch den Glättungskondensator erzeugte Wärme durch den Kühlkörper hindurch wirksam nach außen abführen.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem fünfzehnten Aspekt der vor­ liegenden Erfindung kann die Kühlrippe den Glättungskondensa­ tor wirksam herunterkühlen, so daß sich die Zuverlässigkeit des Leistungsmoduls steigern läßt.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem sechzehnten Aspekt der vor­ liegenden Erfindung wird durch die Verwendung des Keramik- Kondensators mit guten Lade- und Entladeeigenschaften die Arbeitsgeschwindigkeit des Leistungsmoduls gesteigert.
Diese sowie weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläu­ tert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht von oben zur Erläute­ rung einer Konstruktion eines Leistungsmodul-Körperbereichs gemäß einem ersten bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie X1-X1 in Fig. 1 zur Erläuterung der Konstruktion im Quer­ schnitt;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht von oben zur Erläute­ rung der Gesamtkonstruktion eines Leistungsmoduls gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Schnitt­ ansicht einer Verbindung zwischen dem Leistungs­ modul-Körperbereich und einem in Fig. 3 gezeigten Glättungskondensator;
Fig. 5 und 6 schematische Draufsichten von oben zur Erläute­ rung von Konstruktionen des Leistungsmoduls mit drei Glättungskondensatoren;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht von oben zur Erläute­ rung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht entlang der Linie X2-X2 in Fig. 7 zur Erläuterung der Konstruktion im Quer­ schnitt;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie X3-X3 in Fig. 7 zur Erläuterung der Konstruktion im Quer­ schnitt;
Fig. 10 eine schematische Draufsicht von oben zur Erläute­ rung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einer Modifizierung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine schematische Draufsicht von oben zur Erläute­ rung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 eine Schnittansicht entlang der Linie X4-X4 in Fig. 11 zur Erläuterung der Konstruktion im Schnitt;
Fig. 13 eine schematische Draufsicht von oben zur Erläute­ rung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 eine Schnittansicht zur Erläuterung des Glättungs­ kondensators und der elastischen Elemente vor ihrer Anbringung an einem Gehäuserahmen;
Fig. 15 eine Schnittansicht entlang der Linie X5-X5 in Fig. 13 zur Erläuterung der Konstruktion im Schnitt;
Fig. 16 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem ein N-Anschluß angeordnet ist, gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem ein P-Anschluß angeordnet ist, gemäß dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem der N-Anschluß angeordnet ist, gemäß einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem der P-Anschluß angeordnet ist, gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem der N-Anschluß angeordnet ist, gemäß einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 21 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem der P-Anschluß angeordnet ist, gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 22 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem der N-Anschluß angeordnet ist, gemäß einem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 23 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem der P-Anschluß angeordnet ist, gemäß dem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung;
Fig. 24 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einem neunten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 25 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Leistungsmoduls gemäß einem zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 26 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem eine N-Elektrode angeordnet ist, gemäß einem elften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 27 eine Schnittansicht zur Erläuterung der Quer­ schnittskonstruktion eines Bereichs des Leistungs­ moduls, in dem eine P-Elektrode angeordnet ist, gemäß dem elften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 28 eine schematische Draufsicht von oben zur Erläute­ rung einer Konstruktion eines Leistungsmodul-Körperbereichs des Standes der Technik;
Fig. 29 eine Querschnittsansicht entlang der Linie X100-X100 in Fig. 28 zur Erläuterung der Konstruk­ tion im Querschnitt;
Fig. 30 eine Schnittansicht zur schematischen Erläuterung der Gesamtkonstruktion eines Leistungsmoduls des Standes der Technik, gesehen in einer Seitenaufriß­ ansicht; und
Fig. 31 eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung der Konstruktion von Verbindungen zwischen Glät­ tungskondensatoren und einem Verbindungsleiter, gesehen in einer Draufsicht von oben.
Erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht von oben zur Erläu­ terung einer Konstruktion eines Leistungsmodul-Körperbereichs 99 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausgangsanschlüsse 11U, 11V und 11W, die den drei Phasen U, V bzw. W entsprechen, sind entlang einer ersten Seite einer oberen Oberfläche eines Gehäuserahmens 6 angeordnet. Ein N-Anschluß 8N und ein P-Anschluß 8P sind entlang einer zu der ersten Seite parallelen zweiten Seite der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 angeordnet.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie X1-X1 in Fig. 1 zur Erläuterung der Konstruktion im Querschnitt. Der aus Harz gebildete Gehäuserahmen 6 ist auf einer Metall- Basisplatte 1 angeordnet, die als Kühlkörper wirkt, und eine aus Harz gebildete Gehäuseabdeckung 16 ist auf dem Gehäuse­ rahmen 6 angeordnet.
Ein aus Keramikmaterial gebildetes isolierendes Substrat 2 ist auf die Basisplatte 1 aufgelötet, wie dies bei dem Bezugszeichen 3 zu sehen ist. Eine Vielzahl von Leistungs- Halbleitervorrichtungen 5, wie zum Beispiel IGBTs, sind mittels Lötmaterial 4 auf dem isolierenden Substrat 2 ange­ bracht.
Schaltungselemente (nicht gezeigt), wie zum Beispiel Schalt­ elemente (IGBTs), sind auf einer oberen Oberfläche des iso­ lierenden Substrats 2 angebracht, und ferner ist ein vorbe­ stimmtes Schaltungsmuster (nicht gezeigt) auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 2 ausgebildet.
Ein Steuersubstrat 14, das mit einer Steuerschaltung zum Steuern der Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 ausgebildet ist, ist in dem Gehäuserahmen 6 angeordnet. Das Steuersub­ strat 14 ist mit ersten Enden von jeweiligen Zwischenverbin­ dungselektroden 12 verlötet. Die zweiten Enden der jeweiligen Zwischenverbindungselektroden 12 sind durch Aluminiumdrähte 9 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verbunden.
Eine Antirausch-Abschirmplatte 13 ist zwischen dem Steuersub­ strat 14 und dem isolierenden Substrat 2 in dem Gehäuserahmen 6 angeordnet. Ein Innenraum des Gehäuserahmens 6 unter der Abschirmplatte 13 ist mit einem Silikongel 15 gefüllt.
Der N-Anschluß 8N ist auf der oberen Oberfläche des Gehäuse­ rahmens 6 angeordnet. Der N-Anschluß 8N ist mit einem ersten Ende einer N-Elektrode 7N verbunden, die in den Gehäuserahmen 6 eingebettet ist. Ein zweites Ende der N-Elektrode 7N ist durch die Aluminiumdrähte 9 mit den Leistungs-Halbleitervor­ richtungen 5 verbunden.
Der P-Anschluß 8P (in Fig. 2 nicht dargestellt) ist ebenfalls auf der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 angeordnet. Der P-Anschluß 8P ist mit einem ersten Ende einer P-Elektrode 7P verbunden, die in den Gehäuserahmen 6 eingebettet ist. Ein zweites Ende der P-Elektrode 7P ist durch die Aluminiumdrähte 9 und das auf dem isolierenden Substrat 2 ausgebildete Schal­ tungsmuster mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 ver­ bunden.
Der Ausgangsanschluß 11V ist auf der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 angeordnet. Der Ausgangsanschluss 11V ist mit einem ersten Ende einer Ausgangselektrode 10 verbunden, die in den Gehäuserahmen 6 eingebettet ist. Ein zweites Ende der Ausgangselektrode 10 ist durch die Aluminiumdrähte 9 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verbunden.
Wie der Ausgangsanschluß 11V sind auch die Ausgangsanschlüsse 11U und 11W durch die Ausgangselektrode 10 und die Aluminium­ drähte 9 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verbun­ den, obwohl dies in Fig. 2 nicht dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht von oben zur Erläu­ terung der Gesamtkonstruktion eines Leistungsmoduls gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Fig. 4 zeigt eine in vergrößertem Maßstab dargestellte Schnittansicht einer Verbindung zwischen dem in Fig. 3 gezeigten Leistungs­ modul-Körperbereich 99 und einem Glättungskondensator 20.
Der kastenförmige Glättungskondensator 20 zum Glätten einer Gleichstrom-Versorgungsspannung, die von außen an die Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 anzulegen ist, ist in Kontakt mit einer Seitenfläche des Gehäuserahmens 6 angeord­ net, welche die zweite Seite (entlang derer der N-Anschluß 8N und der P-Anschluß 8P angeordnet sind) der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 beinhaltet, wobei eine obere Oberfläche des Glättungskondensators 20 mit der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 ausgefluchtet ist bzw. bündig mit dieser ab­ schließt.
Der Glättungskondensator 20 weist eine N-Elektrode 21N und eine P-Elektrode 21P auf, die auf der oberen Oberfläche des Glättungskondensators 20 in der Nähe des N-Anschlusses 8N bzw. des P-Anschlusses 8P des Leistungsmodul-Körperbereichs 99 angeordnet sind. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, handelt es sich bei der N-Elektrode 21N und der P-Elektrode 21P (die in Fig. 4 beide mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet sind) um plattenartige Elektroden, die von der oberen Oberfläche des Glättungskondensators 20 wegragen.
Die N-Elektrode 21N und die P-Elektrode 222 sind in Richtung auf den Gehäuserahmen 6 gebogen und erstrecken sich über den N-Anschluß 8N bzw. den P-Anschluß 8P (die in Fig. 4 beide mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet sind). Danach werden Schrauben 25 zum Befestigen der N-Elektrode 21N und des N-Anschlusses 8N aneinander sowie zum Befestigen der P-Elektrode 21P und des P-Anschlusses 8P aneinander verwendet.
Dadurch wird eine direkte Verbindung zwischen den N- und den P-Elektroden 21N, 21P des Glättungskondensators und den N- und P-Anschlüssen 8N, 8P des Leistungsmodul-Körperbereichs 99 ohne die Verwendung von anderen Verbindungseinrichtungen, wie zum Beispiel eines Verbindungskabels, hergestellt.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem ersten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist der Glättungskondensator 20 in Kontakt mit der Seitenfläche des Gehäuserahmens 6 angeordnet und ist mit seiner oberen Oberfläche bündig mit der oberen Oberfläche des Gehäuse­ rahmens 6 ausgefluchtet.
Die N-Elektrode 21N und die P-Elektrode 21P des Glättungskon­ densators 20 sind nahe dem N-Anschluß 8N bzw. dem P-Anschluß 8P des Leistungsmodul-Körperbereichs 99 angeordnet. Dies gestattet die Herstellung einer direkten Verbindung zwischen der N-Elektrode 21N und dem N-Anschluß 8N sowie zwischen der P-Elektrode 21P und dem P-Anschluß 8P ohne die Verwendung des Verbindungsleiters 124 des Standes der Technik.
Infolgedessen kann bei dem Leistungsmodul gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Anzahl der Teile reduziert werden und der Verdrahtungsweg zwischen dem Glättungskondensator 20 und den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verkürzt werden, so daß sich wiederum die Schal­ tungsinduktivität reduzieren läßt.
Außerdem wird durch den Kontakt zwischen der Seitenfläche des Glättungskondensators 20 und der Seitenfläche des Leistungs­ modul-Körperbereichs 99 die Vibrationsbeständigkeit erhöht. Obwohl in der Darstellung nur ein einzelner Glättungskonden­ sator 20 vorgesehen ist, kann auch eine Vielzahl von Glät­ tungskondensatoren vorgesehen werden. Zum Beispiel können drei Glättungskondensatoren in entsprechender Relation zu den Phasen U, V und W vorgesehen sein. Die Fig. 5 und 6 zeigen schematische Draufsichten von oben zur Erläuterung der Kon­ struktionen des Leistungsmoduls mit drei Glättungskondensato­ ren 20a bis 20c.
Wie in Fig. 5 zu sehen ist, besitzen die Glättungskondensato­ ren 20a bis 20c jeweilige kontaktinselförmige N-Elektroden 22Na bis 22Nc, die durch einen Verbindungsleiter 23N mit dem N-Anschluß 8N des Leistungsmodul-Körperbereichs 99 zusammen­ geschaltet sind. Der Verbindungsleiter 23N ist von den P-Elektroden 22Pa bis 22Pc isoliert.
Bei den P-Elektroden 22Pa bis 22Pc der jeweiligen Glättungs­ kondensatoren 20a bis 20c handelt es sich um kontaktinsel­ förmige Elektroden, die durch einen Verbindungsleiter 23P mit dem P-Anschluß 8P des Leistungsmodul-Körperbereichs 99 zusam­ mengeschaltet sind. Der Verbindungsleiter 23P ist von dem Verbindungsleiter 23N und den N-Elektroden 22Na bis 22Nc iso­ liert.
Wie in Fig. 6 zu sehen ist, besitzen die Glättungskondensato­ ren 20a bis 20c N-Elektroden 21Na bis 21Nc, die jeweils direkt mit N-Anschlüssen 8Na bis 8Nc des Leistungsmodul- Körperbereichs 99 verbunden sind. Die Glättungskondensatoren 20a bis 20c weisen ferner P-Elektroden 21Pa bis 21Pc auf, die jeweils direkt mit P-Anschlüssen 8Pa bis 8Pc des Leistungs­ modul-Körperbereichs 99 verbunden sind.
Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Leistungsmodule weisen separate Glättungskondensatoren 20a bis 20c auf, die den drei jeweiligen Phasen entsprechen. Falls es zu einem Versagen bei einem der Glättungskondensatoren 20a bis 20c kommt, ist nur der ausgefallene Glättungskondensator zu reparieren oder aus­ zutauschen. Dies trägt zu einer Kostenreduzierung bei.
Ferner ist bei dem in Fig. 6 gezeigten Leistungsmodul, bei dem die Glättungskondensatoren 20a bis 20c in der kürzesten und gleichen Distanz von den drei Phasen angeordnet sein kön­ nen, das Ungleichgewicht zwischen den Phasen vermindert, so daß wiederum die Schaltungsinduktivität vermindert wird.
Zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 7 zeigt eine schematische Draufsicht von oben zur Erläu­ terung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung. Die Fig. 8 und 9 zeigen Querschnittsansichten ent­ lang der Linien X2-X2 bzw. X3-X3 in Fig. 7 zur Erläuterung der Konstruktion im Querschnitt.
Wie in Fig. 7 zu sehen ist, ist eine Vielzahl von Kondensa­ torelementen 30a bis 30e in einer Glättungskondensator-Umhül­ lung 32 angeordnet. Wie in Fig. 8 zu sehen ist, weisen die Kondensatorelemente 30a bis 30e an ihrer jeweiligen Boden­ fläche N-Elektroden 35a bis 35e auf.
Die N-Elektroden 35a bis 35e befinden sich gemeinsam in Kon­ takt mit der plattenförmigen N-Elektrode 21N. Ein Teil der N-Elektrode 21N erstreckt sich zu einer in der Zeichnung oberen Oberfläche der Umhüllung bzw. des Gehäuses 32 und ist mittels einer Schraube 25 an dem N-Anschluß 8N des Leistungsmodul-Körperbereichs 99 befestigt.
Wie in Fig. 9 zu sehen ist, weisen die Kondensatorelemente 30a bis 30e an ihren oberen Oberflächen jeweils P-Elektroden 36a bis 36e auf. Die P-Elektroden 36a bis 36e befinden sich gemeinsam in Kontakt mit der plattenförmigen P-Elektrode 21P. Ein Teil der P-Elektrode 21P erstreckt sich zu der oberen Oberfläche der Umhüllung 32 und ist mittels einer Schraube 25 an dem P-Anschluß 8P des Leistungsmodul-Körperbereichs 99 be­ festigt.
Wie bei dem Glättungskondensator 20 des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels ist die Umhüllung 32 in Berührung mit der Seitenfläche des Gehäuserahmens 6 angeordnet und mit ihrer oberen Oberfläche bündig mit der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 ausgefluchtet.
Ein Isolator 31 ist zwischen einer Seitenfläche des Kondensa­ torelements 30a und der N-Elektrode 21N vorgesehen. Die Bodenfläche der Umhüllung 32 weist einen Kühlkörper 33 auf, um die von den Kondensatorelementen 30a bis 30e erzeugte Wärme nach außen abzuführen.
Die Kondensatorelemente 30a bis 30e sind unter Zwischenanord­ nung der N-Elektrode 21N gegen die Bodenfläche der Umhüllung 32 gedrückt sowie an dieser befestigt, und zwar durch die Preßkraft einer Niederhalteplatte 34, die auf die obere Ober­ fläche des Umhüllung 32 aufgeschraubt ist.
Zusätzlich zu den von dem Leistungsmodul des ersten bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels erzeugten Wirkungen erzeugt der Leistungsmodul gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel somit weitere Wirkungen, die nachfolgend beschrieben werden.
Das Fixieren der Vielzahl von Kondensatorelementen 30a bis 30e in der Umhüllung 32 erfordert lediglich die Befestigung der Niederhalteplatte 34 an der oberen Oberfläche des Umhüllung 32 mittels einer einzigen Schraube. Der Montagevorgang für die Vielzahl von Kondensatorelementen ist somit verein­ facht.
Außerdem weist die Bodenfläche der Umhüllung 32 einen einzi­ gen Kühlkörper 33 zum Abführen der von den Kondensatorelemen­ ten 30a bis 30e erzeugten Wärme nach außen auf. Dies unter­ stützt die gleichmäßige Kühlung der Vielzahl von Kondensator­ elementen 30a bis 30e.
Als Elektrodenmaterial kann ein elastisches Material verwen­ det werden, um mindestens einem der Sätze von N-Elektroden 35a bis 35e und P-Elektroden 36a bis 36e Elastizität zu ver­ leihen.
Dies verhindert ein Brechen der Kondensatorelemente 30a bis 30e aufgrund der Preßkraft der Niederhalteplatte 34 oder der Wärmebelastungen in Verbindung mit der durch die Kondensator­ elemente 30a bis 30e erzeugten Wärme, und ferner stellt es den Kontakt zwischen der N-Elektrode 21N und den N-Elektroden 35a bis 35e sowie zwischen der P-Elektrode 21P und den P-Elektroden 36a bis 36e sicher.
Fig. 10 zeigt eine schematische Draufsicht von oben zur Erläuterung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einer Modifizierung des zweiten bevorzugten Ausführungs­ beispiels der vorliegenden Erfindung. Drei Glättungskondensa­ toren, die in ihrer Konstruktion mit dem in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Glättungskondensator jeweils identisch sind, sind einzeln in entsprechender Relation zu den drei Phasen ange­ ordnet.
In Fig. 10 bezeichnen die Bezugszeichen 32a bis 32c Umhüllun­ gen; die Bezugszeichen 21Na bis 21Nc bezeichnen N-Elektroden; die Bezugszeichen 21Pa bis 21Pc bezeichnen P-Elektroden; die Bezugszeichen 8Na bis 8Nc bezeichnen N-Anschlüsse und die Bezugszeichen 8Pa bis 8Pc bezeichnen P-Anschlüsse.
Drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 11 zeigt eine schematische Draufsicht von oben zur Erläuterung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht der Kon­ struktion entlang der Linie X4-X4 in Fig. 11. Eine Außen­ fläche des Gehäuserahmens 6 weist eine partielle Aussparung auf, die ein Paar einander gegenüberliegender Seitenflächen besitzt.
Der N-Anschluß 8N ist auf einer ersten Seitenfläche der Aus­ sparung angeordnet, und der P-Anschluß 8P ist auf der zweiten Seitenfläche derselben angeordnet. Wie in Fig. 12 zu sehen ist, erstrecken sich der N-Anschluß 8N und der P-Anschluß 8P auf Bereiche der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6, die die Aussparung umgeben.
Ein Glättungskondensator 40 besitzt eine Formgebung zum Ein­ passen in die Aussparung und weist auf seiner ersten Seiten­ fläche, die der ersten Seitenfläche der Aussparung gegenüber­ liegt, eine N-Elektrode 43N und auf seiner zweiten Seiten­ fläche, die der zweiten Seitenfläche der Aussparung gegen­ überliegt, eine P-Elektrode 43P auf.
Der Glättungskondensator 40 ist in die Aussparung gepaßt, und Lötmaterial 41 verbindet die N-Elektrode 43N und den N-Anschluß 8N miteinander sowie die P-Elektrode 43P und den P-Anschluß 8P miteinander, so daß der Glättungskondensator 40 und der Gehäuserahmen 6 aneinander befestigt sind. Eine Abdeckung 44, die an der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 angebracht ist, ist auf dem Glättungskondensator 40 ange­ ordnet.
Bei dem vorstehend beschriebenen Leistungsmodul gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Glättungskondensator 40 in die in der Außenfläche des Gehäuse rahmens 6 ausgebildete Vertiefung gepaßt und mittels des Lötmaterials 41 an dem Gehäuserahmen 6 befestigt.
Dies ermöglicht eine direkte Verbindung zwischen der N-Elektrode 43N und dem N-Anschluß 8N sowie zwischen der P-Elektrode 43P und dem P-Anschluß 8P ohne die Notwendigkeit für den Verbindungsleiter 124 des Standes der Technik.
Infolgedessen läßt sich bei dem Leistungsmodul gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Anzahl der Teile reduzieren sowie der Verdrahtungsweg zwischen dem Glättungs­ kondensator 40 und den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verkürzen, so daß sich wiederum die Schaltungsinduktivität vermindern läßt.
Außerdem läßt sich durch das Einpassen des Glättungskondensa­ tors 40 in die Aussparung des Gehäuserahmens 6 eine Größen­ reduzierung des Leistungsmoduls erzielen.
Viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 13 zeigt eine schematische Draufsicht von oben zur Erläuterung der Gesamtkonstruktion des Leistungsmoduls gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht des Glät­ tungskondensators 40 sowie der elastischen Elemente 45 vor deren Anbringung an dem Gehäuserahmen 6. Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht der Konstruktion entlang der Linie X5-X5 in Fig. 13.
Der Leistungsmodul gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungs­ beispiel basiert auf dem Leistungsmodul gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich von die­ sem jedoch dadurch, daß die elektrisch leitfähigen elasti­ schen Elemente 45, bei denen es sich zum Beispiel um Blatt­ federn handelt, anstatt des Lötmaterials 41, das die N-Elektrode 43N und den N-Anschluß 8N miteinander verbindet sowie die P-Elektrode 43P und den P-Anschluß 8P miteinander verbindet, jeweils zwischen der N-Elektrode 43N und dem N-Anschluß 8N und zwischen der P-Elektrode 43P und dem P-Anschluß 8P angeordnet sind.
Der Glättungskondensator 40 und der Gehäuserahmen 6 sind durch die Elastizität der zusammengedrückten elastischen Elemente 45 aneinander befestigt. Dabei ist es notwendig, daß wenigstens eines der elastischen Elemente 45 zwischen der N-Elektrode 43N und dem N-Anschluß 8N sowie zwischen der P-Elektrode 43P und dem P-Anschluß 8P vorgesehen ist.
Zusätzlich zu den durch den Leistungsmodul des dritten bevor­ zugten Ausführungsbeispiel erzielten Effekten erzeugt der Leistungsmodul gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungs­ beispiel somit weitere Effekte, die nachfolgend beschrieben werden.
Es wird ein Brechen des Glättungskondensators 40 verhindert, das aufgrund der beim Einsetzen des Glättungskondensators 40 in die Aussparung ausgeübten Preßkraft oder aufgrund der Wärmebelastung in Verbindung mit der von dem Glättungskonden­ sator 40 erzeugten Wärme hervorgerufen werden kann. Außerdem wird der Kontakt zwischen der N-Elektrode 43N und dem N-An­ schluß 8N sowie zwischen der P-Elektrode 43P und dem P-Anschluß 8P sichergestellt.
Fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs des Lei­ stungsmoduls, in dem ein N-Anschluß 54N angeordnet ist, gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung. Ein Glättungskondensator 50 ist an der Unter­ seite (bzw. an einer der Steuerelektrode 14 gegenüberliegen­ den Fläche) einer Gehäuseabdeckung 51 angebracht.
Der N-Anschluß 54N erstreckt sich auf der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 von der Außenseite der Gehäuseabdeckung 51 nach innen. Eine N-Elektrode 52N ist an einer oberen Ober­ fläche (bzw. einer Oberfläche für den Kontakt mit, der Unter­ seite der Gehäuseabdeckung 51) des Glättungskondensators 50 ausgebildet.
Die N-Elektrode 52N ist durch eine Verbindungselektrode 53N, die an der Unterseite der Gehäuseabdeckung 51 ausgebildet ist, mit dem N-Anschluß 54N verbunden. Der N-Anschluß 54N ist durch die N-Elektrode 7N und die Aluminiumdrähte 9 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verbunden.
Fig. 17 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem ein P-Anschluß 54P ange­ ordnet ist, gemäß dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der P-Anschluß 54P erstreckt sich auf der oberen Oberfläche des Gehäuserahmens 6 von außerhalb der Gehäuseabdeckung 51 nach innen.
Eine P-Elektrode 52P ist auf der oberen Oberfläche des Glät­ tungskondensators 50 ausgebildet. Die P-Elektrode 52P ist durch eine Verbindungselektrode 53W die an der Unterseite der Gehäuseabdeckung 51 ausgebildet ist, mit dem P-Anschluß 54P verbunden. Der P-Anschluß 54P ist durch die P-Elektrode 7P, die Aluminiumdrähte 9 und das auf dem isolierenden Sub­ strat 2 ausgebildete Schaltungsmuster mit den Leistungs-Halb­ leitervorrichtungen 5 verbunden.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem fünften bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben wurde, ist der Glättungskondensator 50 an der Unterseite der Gehäuseab­ deckung 51 im Inneren des durch den Gehäuserahmen 6 und die Gehäuseabdeckung 51 gebildeten Gehäuses angeordnet. Dies ver­ kürzt den Verdrahtungsweg zwischen dem Glättungskondensator 50 und den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5, so daß die Schaltungsinduktivität vermindert wird.
Außerdem ist der Glättungskondensator 50, der von der Umge­ bung außerhalb des Gehäuses isoliert ist, vor der Ablagerung von Verunreinigungen sowie der Bildung von Rost geschützt, die sich aus der äußeren Umgebung ergeben. Mit anderen Wor­ ten, die umgebungsmäßige Beständigkeit des Glättungskondensa­ tors 50 ist verbessert.
Da ferner der Glättungskondensator 50 in Berührung mit der Gehäuseabdeckung 51 angebracht ist, wird die durch den Glät­ tungskondensator 50 erzeugte Wärme durch die Gehäuseabdeckung 51 nach außen abgeleitet.
Die in den Fig. 16 und 17 dargestellte Gehäuseabdeckung 51 ist zwar relativ flach, jedoch kann die Gehäuseabdeckung 51 auch mit einer rippenartigen Kontur ausgebildet sein, um die Wärmeabführeigenschaften noch weiter zu verbessern.
Sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 18 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem der N-Anschluß 8N angeordnet ist, gemäß einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Eine Abschirmplatte 56 ist zwischen dem Steuersubstrat 14 und dem isolierenden Substrat 2 angeordnet, und die Innenfläche des Gehäuserahmens 6 weist eine stufige Konstruktion in Berührung mit einem Teil des Umfangs der Abschirmplatte 56 auf.
Ein Anschluß 59N ist auf einer oberen Oberfläche der Stufen­ konstruktion ausgebildet und ist durch eine Verbindungselek­ trode 7N2, die in den Gehäuserahmen 6 eingebettet ist, mit einer N-Elektrode 7N1 verbunden. Die N-Elektrode 7N1 ist mit einem ersten Ende mit dem N-Anschluß 8N verbunden und mit einem zweiten Ende über die Aluminiumdrähte 9 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verbunden.
Ein Glättungskondensator 55 ist an der Unterseite (bzw. einer dem isolierenden Substrat 2 gegenüberliegenden Fläche) der Abschirmplatte 56 angebracht. Eine N-Elektrode 57N ist auf einer oberen Oberfläche (bzw. einer Oberfläche zur Berührung mit der Unterseite der Abschirmplatte 56) des Glättungskon­ densators 55 ausgebildet. Die N-Elektrode 57N ist durch eine Verbindungselektrode 58N, die an der Unterseite der Abschirm­ platte 56 ausgebildet ist, mit dem Anschluß 59N verbunden.
Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem der P-Anschluß 8P ange­ ordnet ist, gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Anschluß 59P ist auf der oberen Oberfläche der Stufenkonstruktion ausgebildet und durch eine Verbindungselektrode 7P2, die in den Gehäuserahmen 6 eingebettet ist, mit einer P-Elektrode 7P1 verbunden.
Die P-Elektrode 7P1 ist mit einem ersten Ende mit dem P-Anschluß 8P verbunden und mit einem zweiten Ende über die Aluminiumdrähte 9 und das auf dem isolierenden Substrat 2 ausgebildete Schaltungsmuster mit den Leistungs-Halbleiter­ vorrichtungen 5 verbunden.
Eine P-Elektrode 57P ist auf der oberen Oberfläche des Glät­ tungskondensators 55 ausgebildet. Die P-Elektrode 57P ist durch eine Verbindungselektrode 58P, die an der Unterseite der Abschirmplatte 56 ausgebildet ist, mit dem Anschluß 59P verbunden.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem sechsten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben wurde, ist der Glättungskondensator 55 an der Unterseite der Abschirmplatte 56 innerhalb des durch den Gehäuserahmen 6 und die Gehäuse­ abdeckung 16 gebildeten Gehäuses angeordnet.
Dies ermöglicht einen kürzeren Verdrahtungsweg zwischen dem Glättungskondensator 55 und den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 als im Fall des Leistungsmoduls des fünften bevor­ zugten Ausführungsbeispiels, so daß sich die Schaltungsinduk­ tivität noch weiter reduzieren läßt.
Außerdem besitzt der Glättungskondensator 55, der von der äußeren Umgebung getrennt ist, eine verbesserte Beständigkeit gegenüber der Umgebung.
Siebtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 20 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem der N-Anschluß 8N ange­ ordnet ist, gemäß einem siebten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung. Der Leistungsmodul gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel basiert auf dem Leistungsmodul gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel, unterscheidet sich von diesem jedoch dadurch, daß ins­ besondere eine Abschirmplatte 63, die eine gedruckte Schal­ tungsplatte beinhaltet, für die Abschirmplatte 56 verwendet wird.
Der Gehäuserahmen 6 weist entlang seiner Innenfläche eine Stufenkonstruktion auf und befindet sich in Berührung mit der Peripherie der Abschirmplatte 63. Die Unterseite der Abschirmplatte 63 ist vollständig mit einem wärmeleitfähigen Flächenkörper 64 bedeckt. Ein Glättungskondensator 60 ist unter dem wärmeleitfähigen Flächenkörper 64 in einem zentra­ len Bereich der Abschirmplatte 62 angeordnet.
Eine N-Elektrode 61N an einer ersten Seitenfläche des Glät­ tungskondensators 60 ist durch eine Verbindungselektrode 62N1, ein Leitermuster 62N2 und eine Verbindungselektrode 62N3 in der genannten Reihenfolge mit dem Anschluß 59N ver­ bunden. Die Verbindungselektrode 62N1 befindet sich in Kon­ takt mit der N-Elektrode 61N und erstreckt sich durch die Abschirmplatte 63 hindurch.
Das Leitermuster 62N2 ist auf der oberen Oberfläche der Abschirmplatte 63 ausgebildet und befindet sich in Kontakt mit der Verbindungselektrode 62N1. Die Verbindungselektrode 62N3 ist in Kontakt mit dem Leitermuster 62N2 und erstreckt sich durch die Abschirmplatte 63 hindurch.
Fig. 21 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem der P-Anschluß 8P ange­ ordnet ist, gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine P-Elektrode 61P auf einer zweiten Seitenfläche des Glättungskondensators 60, die der ersten Seitenfläche entgegengesetzt ist, ist durch eine Ver­ bindungselektrode 62P1, ein Leitermuster 62P2 und eine Ver­ bindungselektrode 62P3 in der genannten Reihenfolge mit dem Anschluß 59P verbunden.
Die Verbindungselektrode 62P1 ist in Kontakt mit der P-Elektrode 61P und erstreckt sich durch die Abschirmplatte 63 hindurch. Das Leitermuster 62P2 ist auf der oberen Ober­ fläche der Abschirmplatte 63 ausgebildet und befindet sich in Kontakt mit der Verbindungselektrode 62P1. Die Verbindungs­ elektrode 62P3 ist in Kontakt mit dem Leitermuster 62P2 und erstreckt sich durch die Abschirmplatte 63 hindurch.
Weitere Bestandteile des Leistungsmoduls gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen denen des Lei­ stungsmoduls gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel, wie es in den Fig. 18 und 19 gezeigt ist.
Wie bei dem Leistungsmodul gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auch der Leistungsmodul gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schaltungsinduk­ tivität reduzieren und die Beständigkeit gegenüber der Umge­ bung verbessern.
Da der Glättungskondensator 60 unter Zwischenanordnung des wärmeleitfähigen Flächenkörpers 64 an der Unterseite der Abschirmplatte 63 angeordnet ist, wird die von dem Glättungs­ kondensator 60 erzeugte Wärme durch den wärmeleitfähigen Flächenkörper 64 und den Gehäuserahmen 6 wirksam nach außen abgeleitet, und Belastungen in Verbindung mit der erzeugten Wärme werden vermindert.
Achtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 22 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem der N-Anschluß 8N ange­ ordnet ist, gemäß einem achten bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung.
Der Leistungsmodul gemäß dem achten bevorzugten Ausführungs­ beispiel basiert auf dem Leistungsmodul gemäß dem siebten be­ vorzugten Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch von diesem dadurch, daß insbesondere eine aus Metall hergestellte Abschirmplatte 65 anstatt der Abschirmplatte 56 verwendet wird.
Die N-Elektrode 57N des Glättungskondensators 55 und der Anschluß 59N auf der oberen Oberfläche der Stufenkonstruktion sind durch einen Verbindungsleiter 66N miteinander verbunden, der an der Unterseite der Abschirmplatte 56 vorgesehen ist und mit einer dünnen Isolierschicht beschichtet ist.
Fig. 23 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem der P-Anschluß 8P ange­ ordnet ist, gemäß dem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die P-Elektrode 57P des Glät­ tungskondensators 55 und der Anschluß 59P auf der oberen Oberfläche der Stufenkonstruktion sind durch einen Verbin­ dungsleiter 66P miteinander verbunden, der an der Unterseite der Abschirmplatte 65 vorgesehen ist und mit einer dünnen Isolierschicht beschichtet ist.
Weitere Bestandteile des Leistungsmoduls gemäß dem achten be­ vorzugten Ausführungsbeispiel entsprechen denen des Leistungsmoduls gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungs­ beispiel, wie es in den Fig. 18 und 19 dargestellt ist.
Wie bei dem Leistungsmodul gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auch der Leistungsmodul gemäß dem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Schaltungsindukti­ vität vermindern und die Beständigkeit gegenüber der Umgebung verbessern.
Da der Glättungskondensator 55 an der Unterseite der Abschirmplatte 65 aus Metall angeordnet ist, wird die von dem Glättungskondensator 55 erzeugte Wärme durch die Abschirm­ platte 65 und den Gehäuserahmen 6 wirksam nach außen abgelei­ tet.
Neuntes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 24 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung der Kon­ struktion des Leistungsmoduls gemäß einem neunten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Glät­ tungskondensator 70 in einer vertikalen Anordnung ist auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 2 in einem Be­ reich vorgesehen, in dem die Leistungs-Halbleitervorrichtun­ gen 5 nicht angebracht sind.
Eine N-Elektrode 71N ist auf einer oberen Oberfläche des Glättungskondensators 70 ausgebildet, und eine Verbindungs­ elektrode 72 ist die N-Elektrode 71N überdeckend derart ange­ ordnet, daß sie eine P-Elektrode 71P nicht kontaktiert.
Die Verbindungselektrode 72 besitzt ein erstes Ende, das durch die Aluminiumdrähte 9 mit der N-Elektrode 7N verbunden ist, sowie ein zweites Ende, das durch die Aluminiumdrähte 9 mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verbunden ist.
Die P-Elektrode 71P ist an einer Bodenfläche des Glättungs­ kondensators 70 ausgebildet und durch das auf dem isolieren­ den Substrat 2 ausgebildete Schaltungsmuster mit den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5 verbunden.
Ferner ist die P-Elektrode 71P durch das Schaltungsmuster und die Aluminiumdrähte 9 mit der P-Elektrode 7P verbunden (die in Fig. 24 in unterbrochenen Linien dargestellt ist, da sie eigentlich nicht in derselben Schnittebene wie die N-Elektrode 7N liegt).
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem neunten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel ist der Glättungskondensator 70 innerhalb des durch den Gehäuserahmen 6 und die Gehäuseabdeckung 16 gebil­ deten Gehäuses angeordnet, so daß die Beständigkeit gegenüber der Umgebung verbessert wird, wie dies auch bei dem Leistungsmodul der bevorzugten Ausführungsbeispiele 5 bis 8 der Fall ist.
Die Anordnung des Glättungskondensators 70 auf dem isolieren­ den Substrat 2 schafft eine beträchtliche Verkürzung des Ver­ drahtungsweges zwischen dem Glättungskondensator 70 und den Leistungs-Halbleitervorrichtungen 5, so daß sich eine starke Verminderung der Schaltungsinduktivität ergibt.
Der Glättungskondensator 70 kann aus demselben Material wie das isolierende Substrat 2 hergestellt sein. Wenn zum Bei­ spiel das isolierende Substrat 2 aus Keramik besteht, kann ein Keramik-Kondensator als Glättungskondensator 70 verwendet werden.
Dadurch ist es möglich, daß der Glättungskondensator 70 und das isolierende Substrat 2 gleiche Wärmeausdehnungskoeffizi­ enten aufweisen, so daß verschiedenartige Nachteile vermieden werden können, die sich aufgrund von Unterschieden im Wär­ meausdehnungskoeffizienten ergeben, so daß sich die Zuverläs­ sigkeit des Leistungsmoduls verbessern läßt.
Zehntes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 25 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung der Kon­ struktion des Leistungsmoduls gemäß einem zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Glät­ tungskondensator 80 in vertikaler Anordnung ist auf der obe­ ren Oberfläche der Basisplatte 1 in einem Bereich vorgesehen, in dem das isolierende Substrat 2 nicht angeordnet ist.
Insbesondere ist der Glättungskondensator 80 bei der Kon­ struktion gemäß Fig. 25 in dem Gehäuserahmen 6 eingebettet dargestellt. Eine N-Elektrode 81N ist auf einer oberen Ober­ fläche des Glättungskondensators 80 ausgebildet. Die N-Elektrode 81N ist mittels eines elektrisch leitfähigen Ver­ bindungsmaterials, wie zum Beispiel Lötmaterial oder derglei­ chen, mit der N-Elektrode 7N in Kontakt gebracht sowie an dieser befestigt.
Eine P-Elektrode 81P ist an einer Bodenfläche des Glättungs­ kondensators 80 ausgebildet. Die P-Elektrode 81P ist mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials, wie zum Beispiel Lötmaterial oder dergleichen, mit der P-Elektrode 7P in Kontakt gebracht sowie an dieser befestigt (wobei diese Elektrode in Fig. 25 in unterbrochenen Linien dargestellt ist, da sie eigentlich nicht in derselben Schnittebene wie die N-Elektrode 7N liegt). Die P-Elektrode 7P und die Basis­ platte 1 sind voneinander isoliert.
Wie bei dem Leistungsmodul gemäß den bevorzugten Ausführungs­ beispielen 5 bis 9 kann auch der Leistungsmodul gemäß dem zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Beständigkeit gegenüber der Umgebung verbessern.
Zusätzlich gestattet der auf der Basisplatte 1 aus Metall an­ geordnete Glättungskondensator 80, daß die von dem Glättungs­ kondensator 80 erzeugte Wärme durch die Basisplatte 1 hin­ durch wirksam nach außen abgeführt wird.
Ferner sind die N-Elektrode 81N und die P-Elektrode 81P des Glättungskondensators 80 in direktem Kontakt mit der N-Elektrode 7N bzw. der P-Elektrode 7P gebracht sowie an die­ sen befestigt. Dadurch ergeben sich die nachfolgend genannten Wirkungen.
Im Vergleich zu der durch die Verbindungselektrode usw. zwi­ schen den Elektroden hergestellten Verbindung ist bei der An­ ordnung gemäß dem zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel kein separates Element für die Verbindung zwischen den Elek­ troden erforderlich, so daß sich das Gewicht und die Kosten reduzieren lassen.
Im Vergleich zu der Verwendung einer Schraube zum Befestigen der Verbindungselektroden, die mit der N-Elektrode 81N und der P-Elektrode 81P des Glättungskondensators 80 verbunden sind, und der mit der N-Elektrode 7N sowie der P-Elektrode 7P verbundenen Anschlüsse aneinander vermeidet die Anordnung gemäß dem zehnten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Ent­ stehung eines Kontaktwiderstands an einem von einer Schraube gehaltenen Bereich, so daß ein Energieverlust des Leistungs­ moduls insgesamt unterdrückt wird.
Dies unterdrückt auch die Entstehung von Wärme in Verbindung mit dem Kontaktwiderstand, so daß sich wiederum ein Kühl­ mechanismus mit reduzierter Größe erzielen läßt.
Elftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Fig. 26 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem eine N-Elektrode 95 an­ geordnet ist, gemäß einem elften bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung. Der Gehäuserahmen 6 und das isolierende Substrat 2 in einer horizontalen Position sind auf einer Wasserkühlungsrippe 90 angeordnet, in der ein Kühl­ mittel-Strömungsweg 91 ausgebildet ist.
Ein Glättungskondensator 92 ist an der Unterseite der Wasser­ kühlungsrippe 90 (bzw. auf einer Seite, die der Seite, auf der das isolierende Substrat 2 ausgebildet ist, gegenüber­ liegt) angeordnet. Die N-Elektrode 95N, die sich von der Innenfläche des Gehäuserahmens 6 auf dessen Außenfläche erstreckt, ist in den Gehäuserahmen 6 eingebettet.
Eine N-Elektrode 93N, die an einer Seitenfläche des Glät­ tungskondensators 92 ausgebildet ist, ist durch einen Verbin­ dungsleiter 94N mit der N-Elektrode 95N verbunden. Der Ver­ bindungsleiter 94N ist zum Teil an der Boden- und Seiten­ fläche der Wasserkühlungsrippe 90 sowie auf der Außenfläche des Gehäuserahmens 6 ausgebildet.
Fig. 27 zeigt eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Bereichs des Leistungsmoduls, in dem eine P-Elektrode 95P an­ geordnet ist, gemäß dem elften bevorzugten Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung. Die P-Elektrode 95P, die sich von der Innenfläche des Gehäuserahmens 6 auf die Außen­ fläche desselben erstreckt, ist in den Gehäuserahmen 6 einge­ bettet.
Eine P-Elektrode 93P, die an einer Seitenfläche des Glät­ tungskondensators 92 ausgebildet ist, ist durch einen Verbin­ dungsleiter 94P mit der P-Elektrode 95P verbunden. Der Ver­ bindungsleiter 94P ist teilweise an einer Boden- und Seiten­ fläche der Wasserkühlungsrippe 90 sowie auf der Außenfläche des Gehäuserahmens 6 ausgebildet.
Bei dem Leistungsmodul gemäß dem elften bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel, wie es vorstehend beschrieben wurde, ist der Glättungskondensator 92 an der Unterseite der Wasserkühlungs­ rippe 90 angeordnet.
Die Wasserkühlungsrippe 90 kann somit die von dem Glättungs­ kondensator 92 erzeugte Wärme wirksam abführen, so daß die Zuverlässigkeit des Leistungsmoduls gesteigert wird.
Bei dem ersten bis elften bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein Keramik-Kondensator mit guten Lade- und Entlade­ eigenschaften als Glättungskondensator verwendet werden, so daß sich eine Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit des Leistungsmoduls erzielen läßt.

Claims (15)

1. Leistungsmodul, der folgendes aufweist:
ein Substrat (2), auf dem eine Leistungs-Halbleiter­ vorrichtung (5) angebracht ist;
ein Gehäuse (6) mit einem Innenraum, in dem das Substrat angeordnet ist;
einen N-Anschluß (8N) und einen P-Anschluß (8P), die entlang einer ersten Seite einer Hauptfläche des Gehäu­ ses angeordnet sind und mit der Leistungs-Halbleitervor­ richtung elektrisch verbunden sind; und
einen Glättungskondensator (20), der eine mit dem N-Anschluß verbundene erste Elektrode (21N) und eine mit dem P-Anschluß verbundene zweite Elektrode (21P) auf­ weist, zum Glätten einer der Leistungs-Halbleitervor­ richtung von außen zuzuführenden Spannung;
wobei der Glättungskondensator (20) eine Hauptfläche aufweist, die mit der Hauptfläche des Gehäuses (6) bün­ dig abschließt, sowie in Kontakt mit einer Seitenfläche des Gehäuses angeordnet ist, die die erste Seite der Hauptfläche des Gehäuses beinhaltet, und
wobei die erste Elektrode (21N) und die zweite Elektrode (21P) auf der Hauptfläche des Glättungskondensators so­ wie nahe bei dem N-Anschluß bzw. dem P-Anschluß angeord­ net sind.
2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Glättungskondensator folgendes aufweist:
eine Umhüllung (32);
eine Vielzahl von Kondensatorelementen (30a-30e), die in der Umhüllung angeordnet sind und von denen jedes eine erste Elektrode (35a-35e) in Anlage an der ersten Elek­ trode des Glättungskondensators sowie eine zweite Elek­ trode (36a-36e) in Anlage an der zweiten Elektrode des Glättungskondensators aufweist; und
eine Niederhalteplatte (34) zum Anpressen der Vielzahl von Kondensatorelementen gegen die Umhüllung in einer derartigen Weise, daß die Kondensatorelemente in der Um­ hüllung festgelegt sind.
3. Leistungsmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung einen einzigen Kühlkörper (33) zum Ab­ führen der von den Kondensatorelementen erzeugten Wärme aufweist.
4. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der ersten und der zweiten Elektrode des Glättungskondensators elastisch ausgebildet ist.
5. Leistungsmodul, der folgendes aufweist:
ein Substrat (2), auf dem eine Leistungs-Halbleiter­ vorrichtung (5) angebracht ist;
ein Gehäuse (6) mit einem Innenraum, in dem das Substrat angeordnet ist, wobei das Gehäuse eine vorbestimmte Aus­ sparung in einer Außenfläche aufweist;
einen N-Anschluß (8N) und einen P-Anschluß (8P), die an Seitenwänden der Aussparung angeordnet sind und mit der Leistungs-Halbleitervorrichtung (5) elektrisch verbunden sind; und
einen Glättungskondensator (40), der in die Aussparung eingepaßt ist und eine erste Elektrode (43N) aufweist, die dem N-Anschluß entsprechend positioniert ist, sowie eine zweite Elektrode (43P) aufweist, die dem P-Anschluß entsprechend positioniert ist, zum Glätten einer der Leistungs-Halbleitervorrichtung (5) von außen zuzufüh­ renden Spannung.
6. Leistungsmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein erstes elektrisch leitfähiges elasti­ sches Element (45) zwischen der ersten Elektrode (43N) und dem N-Anschluß (8N) und/oder ein zweites elektrisch leitfähiges elastisches Element (45) zwischen der zweiten Elektrode (43P) und dem P-Anschluß (8P) vorgesehen ist.
7. Leistungsmodul, der folgendes aufweist:
ein erstes Substrat (2), auf dem eine Leistungs-Halblei­ tervorrichtung (5) angebracht ist;
ein zweites Substrat (14) mit einer Steuerschaltung zum Steuern der darauf ausgebildeten Leistungs-Halbleiter­ vorrichtung (5);
einen Glättungskondensator (50; 55; 60; 70; 80), der mit der Leistungs-Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden ist, zum Glätten einer der Leistungs-Halbleitervorrich­ tung (5) von außen zuzuführenden Spannung; und
ein Gehäuse, das einen Gehäuserahmen (6) und eine Gehäu­ seabdeckung (16; 51) aufweist, wobei das Gehäuse einen Innenraum besitzt, in dem das erste Substrat (2), das zweite Substrat (14) und der Glättungskondensator ange­ ordnet sind.
8. Leistungsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Glättungskondensator (50) an der Gehäuseabdeckung (51) angeordnet ist.
9. Leistungsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Abschirmplatte (56; 63; 65) zwischen dem ersten Substrat (2) und dem zweiten Substrat (14) angeordnet ist und an dem Gehäuserahmen festgelegt ist
und daß der Glättungskondensator (55; 60) an der Abschirmplatte angeordnet ist.
10. Leistungsmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein wärmeleitfähiger Flächenkörper (64) zwischen der Abschirmplatte (63) und dem Glättungskondensator (60) ausgebildet ist.
11. Leistungsmodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatte (65) eine Abschirmplatte aus Metall ist.
12. Leistungsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Glättungskondensator (70) auf dem ersten Substrat angeordnet ist.
13. Leistungsmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (2) und der Glättungskondensator (70) aus dem gleichen Material hergestellt sind.
14. Leistungsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Kühlkörper (1) zum Abführen der erzeugten Wärme von dem ersten Substrat (2) vorgesehen ist, wobei das erste Substrat (2) und der Gehäuserahmen auf dem Kühlkör­ per (1) angeordnet sind,
und daß der Glättungskondensator (80) auf dem Kühlkörper angeordnet ist.
15. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Glättungskondensator ein Keramik-Kondensator ist.
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