DE102009040444A1 - Leistungsmodul - Google Patents

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Abstract

Ein Leistungsmodul (10) enthält eine Leistungsvorrichtung (12, 40) mit einer oberen Elektrode (18) und einer unteren Elektrode (16). Ein oberer Metallblock (28, 44) ist mit der oberen Elektrode verbunden. Ein unterer Metallblock (30, 46) ist mit der unteren Elektrode verbunden. Ein Harz (32, 48) bedeckt die Leistungsvorrichtung, den oberen Metallblock und den unteren Metallblock so, dass eine obere Oberfläche des oberen Metallblocks und eine untere Oberfläche des unteren Metallblocks bedeckt sind. Ein oberer Anlegeblock (38) einer Kühlleistung an einen Anschluss ist mit dem oberen Metallblock verbunden. Ein unterer Anlegeblock (34, 36) einer Kühlleistung an einen Anschluss ist mit dem unteren Metallblock verbunden. Ein oberer Anschluss (40) ist mit dem oberen Anlegeblock der Kühlleistung an den Anschluss verbunden, ein unterer Anschluss (62, 64) ist mit dem unteren Anlegeblock der Kühlleistung an den Anschluss verbunden. Ein Isoliergehäuse (66) bedeckt alle Elemente so, dass ein Teil des oberen Anschlusses und ein Teil des unteren Anschlusses frei bleiben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsmodul, das Mittel zum Kühlen seiner Leistungsvorrichtungen enthält.
  • Leistungsvorrichtungen wie IGBTs (bipolare Transistoren mit isoliertem Gate) und Leistungs-MOSFETs sind weit in industriellen Geräten und Haushaltsgeräten usw. verbreitet, da sie geeignet sind, bei Anwendungen hoher Spannung und hohen Stromes benutzt zu werden. Da diese Leistungsvorrichtungen zum Steuern eines großen Stromes benutzt werden, weisen die elektrischen Pfade zwischen den Vorrichtungen und externen Komponenten bevorzugt niedrigen Widerstand auf. Da weiter die Leistungsvorrichtungen Wärme erzeugen, ist das Leistungsmodul bevorzugt so aufgebaut, dass es einen geringen thermischen Widerstand zum schnellen Verteilen der Wärme, die durch die Leistungsvorrichtungen erzeugt ist, aus dem Modul aufweist.
  • Die JP 2007-281 274 A offenbart einen Aufbau, bei dem Leistungsvorrichtungen zwischen blockförmigen und oberen und unteren Lei tungen zum Verringern des elektrischen Widerstandes des Leistungsmoduls eingeschlossen sind.
  • Weiterer Stand der Technik ist durch die JP 2008-124 430 A und JP 2001-230 582 A gegeben.
  • 7 ist ein Bild, das den Aufbau eines typischen Leistungsmoduls darstellt. Bei diesem Leistungsmodul sind ein IGBT 602 und eine Diode 604 auf der oberen Oberfläche einer Keramik 608 durch Lötmittel 612 angebracht, wie in 7 gezeigt ist. Die Keramik 608 dient als isolierendes Substrat und weist ein Leitungsmuster auf der oberen Oberfläche gebildet auf. Drähte 606 sind zwischen Elektroden des IGBT 602 und der Diode 604 und Anschlüssen 618 verbunden. Die Anschlüsse 618 sind in einem Harzgehäuse 601 angebracht und werden benutzt zum Verbinden des IGBT 602 usw. mit einer externen Komponente. Andererseits ist eine Metallplatte, die eine ”Basisplatte 614” genannt wird, mit der Bodenoberfläche der Keramik 608 durch Lötmittel 610 gekoppelt. Eine Abdeckung 616 ist in die Öffnung des Harzgehäuses 601 gepasst, wodurch die Herstellung des Leistungsmoduls 600 beendet ist.
  • Ein Teil der in dem Leistungsmodul 600 erzeugten Wärme kann durch Strahlung von ihrer Basisplatte 614 abgeführt werden. Es ist jedoch üblich, dass die Basisplatte 614 mit einer abstrahlenden Rippenstruktur 702 mit Kühlfett 704 dazwischen zum ausreichenden Verteilen der Wärme von dem Leistungsmodul 600 und Kühlen des Leistungsmoduls 600 gekoppelt ist, wie durch den Pfeil in 7 bezeichnet ist.
  • Der Aufbau des Leistungsmoduls mit der abstrahlenden Rippenstruktur 702, wie in 7 gezeigt ist, ermöglicht keine Verringerung des elektrischen Widerstandes und weitere Verbesserung in den Wärmeabführungseigenschaften des Leistungsmoduls. Genauer, die Drähte 606 und das Leitungsmuster auf der Keramik 608, die als elektrische Pfade benutzt werden, verhindern Verringerung des elektrischen Widerstandes des Leistungsmoduls. Weiter wird die durch den IGBT 602 usw. erzeugte Wärme durch den Pfad abgeführt, der durch die Keramik 608, das Lötmittel 610, die Basisplatte 614, das Fett 704 und die abstrahlenden Rippenstruktur 702 gebildet ist. Das heißt, dieser Wärmeabführungspfad weist einen hohen thermischen Widerstand auf, was die Anwendung einer vollen Leistung an die Leistungsvorrichtungen wie der IGBT verhindert.
  • Der in der obigen JP 2007-281 274 A offenbarte Aufbau ermöglicht eine Verringerung in dem elektrischen Widerstand des Leistungsmoduls, er weist jedoch keine ausreichende Wärmeabführungseigenschaften auf. Weiter sind die Leitungen nicht ausreichend isoliert, da große Abschnitte von ihnen an den Harzoberflächen offen liegen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsmodul mit einem verringerten elektrischen und thermischen Widerstand vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungsmodul nach Anspruch 1.
  • Das Leistungsmodul enthält eine Leistungsvorrichtung mit einer Oberseitenelektrode auf ihrer Oberseitenoberfläche und eine Bodenelektrode auf ihrer Bodenoberfläche. Eine untere Oberfläche eines oberen Metallblockes ist mit der Oberseitenelektrode verbunden. Eine obere Oberfläche eines unteren Metallblockes ist mit der Bodenelektrode verbunden. Ein Harz bedeckt die Leistungsvorrichtung, den oberen Metallblock und den unteren Metallblock, so dass die obere Oberfläche des oberen Metallblockes und die untere Oberfläche des unteren Metallblockes freigelegt sind. Ein oberer Anschluss-Kühlleistungs-Anlegeblock weist eine Wärmeabführungseigenschaft und eine elektrische Leitfähigkeit auf, während er mit der oberen Oberfläche des oberen Metallblockes verbunden ist. Ein unterer Anschluss-Kühlleistungs-Anlegeblock weist eine Wärmeabführungseigenschaft und eine elektrische Leitfähigkeit auf, während er mit der unteren Oberfläche des unteren Metallblocks verbunden ist. Ein oberer Anschluss ist mit dem oberen Anschluss-Kühlleistungs-Anlegeblock verbunden, so dass die Oberseitenelektrode mit einer externen Komponente verbunden ist. Ein unterer Anschluss ist mit dem unteren Anschluss-Kühlleistungs-Anlegeblock verbunden, so dass die Bodenelektrode mit der externen Komponente verbunden ist. Ein Isoliergehäuse bedeckt die Leistungsvorrichtung, den oberen Metallblock, den unteren Metallblock, das Harz, den oberen Anschluss-Kühlleistungs-Anlegeblock, den unteren Anschluss-Kühlleistungs-Anlegeblock, den oberen Anschluss und den unteren Anschluss, während es von dem oberen Anschluss-Kühlleistungs-Anlegeblock und dem unteren Anschluss-Kühlleistungs-Anlageblock um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist, so dass ein Teil des oberen Anschlusses und ein Teil des unteren Anschlusses frei liegen.
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung folgen aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
  • 1 die Innenseite des Isoliergehäuses des Leistungsmoduls;
  • 2 eine Querschnittsansicht, wie sie in der Richtung der Pfeile II von 1 gesehen wird;
  • 3 das Leistungsmodul, das mit einem elektrischen Ventilator versehen ist;
  • 4 ein Bild, das ein Leistungsbeispiel der zweiten Ausführungsform darstellt;
  • 5 das Leistungsmodul mit Schraubenlöchern und Schraubendurchgangslöchern;
  • 6 eine Leistungsvorrichtung, die mit dem oberen Metallblock durch eine Befestigungsschraube verbunden ist; und
  • 7 ein Bild, das den Aufbau eines typischen Leistungsmoduls darstellt.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. Es soll angemerkt werden, dass während der gesamten Beschreibung der ersten Ausführungsform entsprechende Bezugszeichen entsprechende oder ähnliche Materialien oder entsprechende Komponenten darstellen, und diese Materialien und Komponenten brauchen nur einmal beschrieben zu werden. Dieses bezieht sich auch auf die anderen Ausführungsformen der Erfindung, die darauf folgend beschrieben werden.
  • Ein Leistungsmodul 10 der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Struktur mit Leistungsvorrichtungen und Metallblöcken und enthält weiter ein Isoliergehäuse 66, das die Struktur bedeckt. 1 zeigt die Innenseite des Isoliergehäuses 66 dieses Leistungsmoduls. Das Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform enthält eine erste Leistungsvorrichtung 12, eine zweite Leistungsvorrichtung 40, eine Diode 26 und eine Diode 42 und kann als ein U-Phasenarm, ein V-Phasenarm oder ein W-Phasenarm einer Inverterschaltung benutzt werden. Die Komponenten, die um die erste Leistungsvorrichtung 12 herum angeordnet sind, werden zuerst beschrieben. Die erste Leistungsvorrichtung 12 weist eine Emitterelektrode 18 und eine Gateelektrode 14 auf ihrer oberen Oberfläche und eine Kollektorelektrode 16 auf ihrer Bodenoberfläche auf. Die obere Oberfläche der Emitterelektrode 18 und der Diode 26 sind mit einem oberen Metallblock 28 durch ein Lötmittel 24 verbunden. Andererseits sind die Bodenoberfläche der Kollektorelektrode 16 und der Diode 26 mit einem unteren Metallblock 30 durch ein Lötmittel 24 verbunden. Der obere und der untere Metallblock 28 und 30 sind Kupferblöcke. Weiter ist die Gateelektrode 14 mit einem Signalanschluss 22 durch einen Draht 20 verbunden.
  • Die erste Leistungsvorrichtung 12, die Diode 26, der obere Metallblock 28 und der untere Metallblock 30 sind mit einem Epoxidharz 32 usw. so abgedichtet, dass die obere Oberfläche des oberen Metallblockes 28 und die untere Oberfläche des unteren Metallblockes 30 nach außen offen liegen.
  • Die obere Oberfläche des oberen Metallblockes 28, die nicht mit dem Harz 32 verbunden ist, ist mit einem Anlegeblock 38 einer Kühlleistung an einen Wechselstromausgangsanschluss durch ein Lötmittel 24 verbunden. Der Anlegeblock 38 ist aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer hergestellt und weist abstrahlende Rippen auf. Alle Oberflächen des Anlegeblockes 38, die nicht mit dem oberen Metallblock 28 verbunden sind, stehen in Kontakt mit Luft. Ein Wechselstromausgabeanschluss 60 ist mit dem Anlegeblock 38 verbunden, um einer externen Komponente zu ermöglichen, elektrisch mit dem oberen Metallblock 28 verbunden zu werden, der mit der Emitterelektrode 18 verbunden ist.
  • Andererseits ist die untere Oberfläche des unteren Metallblockes 30, die nicht mit dem Harz 32 bedeckt ist, mit einem Anlegeblock 34 einer Kühlleistung an einen P-Anschluss durch ein Lötmittel 24 verbunden. Der Anlegeblock 34 ist aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer hergestellt und weist abstrahlende Rippen auf. Alle Oberflächen des Anlegeblockes 34, die nicht mit dem unteren Metallblock 30 stehen, sind in Kontakt mit Luft. Ein P-Anschluss 62 ist mit dem Anlegeblock 34 verbunden, um einer externen Komponente zu ermöglichen, elektrisch mit dem unteren Metallblock 30 verbunden zu werden, der mit der Kollektorelektrode 16 verbunden ist.
  • Die Komponenten, die um die zweite Leistungsvorrichtung 40 vorgesehen sind, sind grundsätzlich ähnlich im Aufbau und Anordnung zu jenen um die erste Leistungsvorrichtung 12, wie unten beschrieben wird. Die obere Oberfläche der Kollektorelektrode der zweiten Leistungsvorrichtung 40 und die obere Oberfläche der Diode 42 sind mit einem oberen Metallblock 44 durch ein Lötmittel verbunden. Die Bodenoberfläche der Emitterelektrode der zweiten Leistungsvorrichtung 40 und die Bodenoberfläche der Diode 42 sind mit einem unteren Metallblock 46 durch ein Lötmittel verbunden. Die zweite Leistungsvorrichtung 40 usw. sind mit einem Harz (Epoxidharz) 48 so verbunden, dass die obere Oberfläche des oberen Metallblockes 44 und die untere Oberfläche des unteren Metallblockes 46 offen liegen, wie es der Fall bei der ersten Leistungsvorrichtung 12 ist. Es soll angemerkt werden, dass die Gateelektrode der zweiten Leistungsvorrichtung 40 mit einem Signalanschluss 52 durch einen Draht 50 verbunden ist. Weiter ist die obere Oberfläche des oberen Metallblockes 44 mit einem Anlegeblock 38 einer Kühlleistung an einen Wechselstromausgangsanschluss durch ein Lötmittel verbunden. Die untere Oberfläche des unteren Metallblocks 46 ist mit einem Anlegeblock 36 einer Kühlleistung an einen N-Anschluss verbunden. Der Anlegeblock 36 weist wie der Anlegeblock 34 abstrahlende Rippen auf.
  • Es soll angemerkt werden, dass die Komponenten des Leistungsmoduls so bemessen sind, dass ein ausreichender Freiraum und eine ausreichende Kriechdistanz zwischen den Abschnitten vorgesehen sind, zwischen denen eine Hochspannung angelegt wird. Um dieses sicherzustellen, ist ein Isoliermaterial 33 auf die entsprechenden Stellen aufgebracht oder hineingebracht, wie es notwendig ist.
  • Das Leistungsmodul 10 der vorliegenden Ausführungsform enthält auch ein Isoliergehäuse 66. Das Isoliergehäuse 66 bedeckt die erste Leistungsvorrichtung 10, den Anlegeblock 38 usw. und lässt nach außen nur die Signalanschlüsse 22 und 52, den Wechselstromausgabeanschluss 60, den P-Anschluss 62 und den N-Anschluss 64 frei. Das Isoliergehäuse 66 der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem Material hergestellt, dass PPS, PBT oder PET enthält und eine Metallplatte 67 auf ihren inneren Wänden aufweist. Die Metallplatte 67 dient dazu, die erste und die zweite Leistungsvorrichtung 12 und 40 vor Rauschen abzuschirmen.
  • Das Isoliergehäuse 66 und die Metallplatte 67 sind von anderen Komponenten zum Bilden einer vorbestimmten Luftschicht 68 zum Erfüllen der folgenden Anforderungen beabstandet. Zuerst sollen das Isoliergehäuse 66 und die Metallplatte 67 mit einem ausreichenden Freiraum von dem Anlegeblock 38, dem Anlegeblock 34 und dem Anlegeblock 36 beabstandet sein, um ausreichend von diesen Anlegeblöcken isoliert zu sein. Zweitens soll das Isoliergehäuse 66 und die Metallplatte 67 auch mit einem ausreichenden Abstand von dem Anlegeblock 38, dem Anlegeblock 34 und dem Anlegeblock 36 beabstandet sein, so dass Luft diese Blöcke kühlen kann.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, wie sie in der Richtung der Pfeile II in 1 gesehen wird. Das Isoliergehäuse 66 weist darin erste Entlüftungslöcher 70 und zweite Entlüftungslöcher 72 auf, die in einer einander zugewandten Beziehung angeordnet sind, wie in 2 gezeigt sind. Diese Entlüftungslöcher ermöglichen der erwärmten Luft von der Luftschicht 68 in dem Isoliergehäuse 66 zu entweichen. Dieses beendet die Beschreibung des Aufbaus des Leistungsmoduls der vorliegenden Ausführungsform.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind die Leistungsmodule bevorzugt so aufgebaut, dass die Leistungslieferpfade zu den Leistungsvorrichtungen einen niedrigen Widerstand aufweisen und dass die Module einen niedrigen thermischen Widerstand aufweisen zum schnellen Abführen der Wärme, die durch die Leistungsvorrichtungen erzeugt wird, aus den Modulen heraus. Die vorliegende Ausführungsform sieht ein Leistungsmodul eines einfachen Aufbaus vor, das jedoch einen verringerten elektrischen und thermischen Widerstand aufweist. Der Grund, warum das Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist, wird zuerst beschrieben. Die Emitterelektrode 18 und die Kollektorelektrode 16 der ersten Leistungsvorrichtung 12, durch die der Hauptstrom geht, sind mit dem oberen Metallblock 28 bzw. dem unteren Metallblock 30 verbunden. Der obere Metallblock 28 ist mit dem Wechselstromausgabeanschluss 60 durch den Anlegeblock 38 verbunden, und der untere Metallblock 30 ist mit dem P-Anschluss 62 durch den Anlegeblock 34 verbunden. Diese Hauptstrompfade weisen einen niedrigen Widerstand auf im Vergleich mit herkömmlichen Aufbauten, bei denen Drähte und Leitungsmuster auf der Keramik elektrische Pfade bilden. Dieses trifft auch für die zweite Leistungsvorrichtung 40 zu.
  • Andererseits resultiert der Wärmestrahlungseffekt des Anlegeblocks 38, des Anlegeblocks 34 und des Anlegeblocks 36 in dem Leistungsmodul in einen niedrigen thermischen Widerstand. Das Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform enthält kein isolierendes Keramiksubstrat, wodurch der thermische Widerstand der Leistungsvorrichtungen verringert wird. Weiter wird die durch die erste Leistungsvorrichtung 12 erzeugte Wärme durch das Lötmittel und den oberen Metallblock 28 zu dem Anlegeblock 38 oder durch das Lötmittel und den unteren Metallblock 30 zu dem Anlegeblock 34 übertragen. Entsprechend wird die durch die zweite Leistungsvorrichtung 40 erzeugte Wärme durch das Lötmittel und den oberen Metallblock 44 zu dem Anlegeblock 38 oder durch das Lötmittel und den unteren Metallblock 46 zu dem Anlegeblock 36 übertragen. Das bedeutet, dass die durch diese Leistungsvorrichtungen erzeugte Wärme schnell von dem Leistungsmodul durch Strahlung der abstrahlenden Rippen des Anlegeblocks 38, des Anlegeblocks 34 und des Anlegeblocks 46 abgeführt wird, so dass der thermische Widerstand des Leistungsmoduls verringert wird. Weiter resultiert das Weglassen des isolierenden Keramiksubstrates in einer Verringerung der Herstellungskosten des Leistungsmoduls.
  • Weiter dienen bei dem Leistungsmodul 10 der vorliegenden Ausführungsform die Luftschicht 68 und das Isoliergehäuse 66 als war meisolierende Schichten, was in Hinblick auf die Handhabungssicherheit wünschenswert ist.
  • Weiter bedeckt bei dem Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform das Harz 32 die Leistungsvorrichtungsstruktur, die die erste Leistungsvorrichtung 12, die Diode 26, den oberen Metallblock 28 und den unteren Metallblock 30 enthält, und das Harz 48 bedeckt die Leistungsvorrichtungsstruktur, die die zweite Leistungsvorrichtung 40, die Diode 42, den oberen Metallblock 44 und den unteren Metallblock 46 enthält. Dieser Aufbau verringert thermische Spannung, die in dem Leistungsmodul während seines Betriebes auftreten, was in einer verstärkten Dauerhaftigkeit des thermischen Zyklus und des Leistungszyklus resultiert. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform ermöglicht die Herstellung eines Leistungsmoduls mit hoher Zuverlässigkeit.
  • Weiter wird bei dem Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform Leistung an die Emitter- und Kollektorelektrode der ersten und der zweiten Leistungsvorrichtung unter Benutzung des oberen Metallblocks 28 und 44, des unteren Metallblocks 40 und 46, des Anlegeblocks 38, des Anlegeblocks 34 und des Anlegeblocks 36 angelegt. Dieses vereinfacht die Verdrahtung, die zum Treiben der Leistungsvorrichtungen notwendig ist.
  • Weiter weist das Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform darin den Anlegeblock 38, den Anlegeblock 34 und den Anlegeblock 36 auf, die jeweils abstrahlende Rippen zum Kühlen der Leistungsvorrichtungen aufweisen. Dieses beseitigt die Notwendigkeit für den Benutzer, eine abstrahlende Rippenstruktur 702 anzubringen, wie in Bezug auf 7 beschrieben wurde.
  • Somit wird bei diesem Leistungsmodul jede Leistungsvorrichtung zwischen Metallblöcken und zwischen Kühlleistungs-Anlegeblöcken benachbart zu oberen und unteren Elektroden der Vorrichtung eingeschlossen. Diese Metallblöcke und Kühlleistungs-Anlegeblöcke dienen als Leistungslieferpfade, was in einer Verringerung in dem elektrischen Widerstand des Leistungsmoduls im Vergleich mit herkömmlichen Aufbauten resultiert, bei denen Metallplatten als elektrische Pfade dienen. Weiter ist das Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform gekennzeichnet durch Enthalten von Kühlleistungs-Anlegeblöcken zum Anlegen von elektrischer Leistung an die Leistungsvorrichtungen und Abstrahlen von Wärme von (oder Kühlen) der Leistungsvorrichtungen. Das heißt, das Leistungsmodul weist einen einfachen Aufbau auf und doch einen verringerten thermischen Widerstand.
  • Beispiele von Variationen werden nun beschrieben.
  • Obwohl, wie in Bezug auf 2 beschrieben wurde, das Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform die ersten und zweiten Entlüftungslöcher 70 und 72 enthält, um erwärmter Luft zu ermöglichen, von der Luftschicht 68 zu entweichen, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diesen speziellen Aufbau begrenzt ist. Zum Beispiel kann das Leistungsmodul mit einem elektrischen Ventilator 80 mit Rippen 82 versehen sein, der in Kontakt mit den Entlüftungslöchern steht, wie in 3 gezeigt ist, um effektiver die Leistungsvorrichtungen zu kühlen.
  • Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der Anlegeblock 38, der Anlegeblock 34 und der Anlegeblock 36 mit abstrahlenden Rippen zum effektiven Kühlen der Leistungsvorrichtungen versehen sind, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diesen speziellen Kühlaufbau begrenzt ist. Zum Beispiel kann statt des Be nutzens von Luft als ein Kühlmedium die Leistungsvorrichtung durch ein isolierendes flüssiges Medium gekühlt werden, das nicht die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtungen beeinflusst.
  • Obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform das Isoliergehäuse 66 mit der Metallplatte 67 auf seinen inneren Wänden versehen ist, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf diese spezielle Struktur begrenzt ist. Zum Beispiel kann zusätzlich zu der Metallplatte 67, die auf den inneren Wänden des Isoliergehäuses 66 vorgesehen ist, ein anderes Isoliergehäuse auf den inneren Wänden der Metallplatte 67 vorgesehen sein, so dass eine Dreischichtstruktur gebildet wird. Weiterhin, wenn es nicht notwendig ist, die erste und die zweite Leistungsvorrichtung 12 und 40 vor Rauschen abzuschirmen, dann braucht nur das Isoliergehäuse 66 verwendet zu werden.
  • Die oberen Metallblöcke 28 und 44, die unteren Metallblöcke 30 und 46, der Anlegeblock 38, der Anlegeblock 34 und der Anlegeblock 36 können aus irgendeinem geeigneten Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und einem niedrigen thermischen Widerstand hergestellt sein. Weiter können die Leistungsvorrichtungen in dem Leistungsmodul von irgendeinem Typ sein, der Wärme erzeugt.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 4–6 beschrieben. 4 ist ein Bild, das ein Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Dieses Leistungsmodul ist grundsätzlich ähnlich im Auf bau zu dem der ersten Ausführungsform, und nur die Unterschiede von der ersten Ausführungsform werden beschrieben.
  • Der Anlegeblock 110 der Kühlleistung an den Wechselstromausgabeanschluss in dem Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform enthält zwei voneinander beabstandete Schraubendurchgangslöcher 101. Weiter weisen der Anlegeblock 112 der Kühlleistung an den P-Anschluss und der Anlegeblock 114 der Kühlleistung an den N-Anschluss jeweils darin ein Schraubenloch 103 auf, das mit den entsprechenden der Schraubendurchgangslöcher 101 ausgerichtet ist. Eine Befestigungsschraube 102 geht durch eines der Schraubendurchgangslöcher 101 und ist in das Schraubenloch 103 in dem Anlegeblock 112 so geschraubt, dass das Harz 32, das die erste Leistungsvorrichtung 12 einkapselt, zwischen dem Anlegeblock 110 und dem Anlegeblock 112 in Kontakt mit der oberen Oberfläche des oberen Metallblocks 28 und der unteren Oberfläche des unteren Metallblocks 30 mit einem vorbestimmten Druck eingeklemmt wird. Es soll angemerkt werden, dass die Befestigungsschraube 102 mit einer Isolierbuchse 100 zum Verhindern der elektrischen Verbindung zwischen dem Anlegeblock 110 und dem Anlegeblock 112 bedeckt ist. Weiter geht eine andere Befestigungsschraube 102 durch das andere der Schraubendurchgangslöcher 101 und ist in das Schraubenloch 103 in dem Anlegeblock 114 so geschraubt, dass das Harz 48, das die zweite Leistungsvorrichtung 40 einkapselt, zwischen dem Anlegeblock 110 und dem Anlegeblock 114 mit einem vorbestimmten Druck eingeklemmt ist.
  • Somit sind die Harze 32 und 48, die die erste und zweite Leistungsvorrichtung 12, 40 einkapseln, zwischen dem Anlegeblock 110 und dem Anlegeblock 112 und zwischen dem Anlegeblock 110 und dem Anlegeblock 114 eingeklemmt, indem die Befestigungsschrauben 102 benutzt werden, so dass die oberen Oberflächen der oberen Me tallblöcke 28 und 44 mit dem Anlegeblock 110 gekoppelt sind, und so dass die unteren Oberflächen der unteren Metallblöcke 30 und 36 mit dem Anlegeblock 112 bzw. dem Anlegeblock 114 gekoppelt sind. Diese Anordnung beseitigt die Notwendigkeit des Lötens zwischen dem Anlegeblock 110 und den oberen Oberflächen der oberen Metallblöcke 28 und 44, zwischen dem Anlegeblock 112 und der unteren Oberfläche des unteren Metallblocks 30 und dem Anlageblock 114 und der unteren Oberfläche des unteren Metallblocks 46.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind Komponenten (d. h. die oben beschriebenen Blöcke) miteinander unter Benutzung von Befestigungsschrauben verbunden. Das macht es leicht, die zwei Leistungsvorrichtungsstrukturen zu ersetzen, die mit dem Harz 32 bzw. dem Harz 48 versiegelt sind, wodurch das Material-Recycling erleichtert wird. Zum Beispiel braucht nur eine Leistungsvorrichtungsstruktur in dem Leistungsmodul entfernt und ersetzt zu werden, und die Metallblöcke in den Peripherabschnitten der entfernten Leistungsvorrichtungsstruktur können wiederbenutzt werden.
  • Somit gibt es verschiedene Leistungsmodulaufbauten, die alle einem Abschnitt oder Abschnitten des Moduls ermöglichen, dass sie abgenommen werden, wie z. B. in 5 und 6 offenbart ist.
  • Bei dem in 5 gezeigten Modul weisen die oberen Metallblöcke 260 und 262 Schraubenlöcher 250 darin auf, und der Anlegeblock 230 der Kühlleistung an den Wechselstromausgabeanschluss weist Schraubendurchgangslöcher 204 auf, die jeweils mit den entsprechenden Schraubenlöchern 205 ausgerichtet sind. Befestigungsschrauben 200 gehen durch die Schraubendurchgangslöcher 204 und sind in die Schraubenlöcher 250 geschraubt zum Verbinden der oberen Metallblöcke 260 und 262 mit dem Anlegeblock 230.
  • Entsprechend weisen die unteren Metallblöcke 264 und 266 Schraubenlöcher 207 darin auf, und der Anlegeblock 232 der Kühlleistung an den P-Anschluss und der Anlegeblock 234 der Kühlleistung an den N-Anschluss weisen Schraubendurchgangslöcher 210 auf, die jeweils mit den entsprechenden der Schraubenlöcher 207 ausgerichtet sind. Befestigungsschrauben 206 gehen durch die Schraubendurchgangslöcher 210 und sind in die Schraubenlöcher 207 zum Verbinden der unteren Metallblöcke 264 und 266 mit dem Anlegeblock 232 bzw. dem Anlegeblock 234 geschraubt.
  • Der in 5 gezeigte Aufbau weist die gleichen Vorteile wie der in 4 gezeigte Aufbau auf. Weiterhin enthält dieser Aufbau nicht die Isolierbuchsen ungleich dem Aufbau von 4.
  • Bei dem in 6 gezeigten Leistungsmodul ist die erste Leistungsvorrichtung 12 mit dem oberen Metallblock 28 durch eine Befestigungsschraube 400 befestigt, und die zweite Leistungsvorrichtung 40. ist mit dem unteren Metallblock 46 durch eine Befestigungsschraube 500 befestigt. Bei diesem Leistungsmodul sind die erste und die zweite Leistungsvorrichtung 12 und 40 usw. nicht mit einem Harz versiegelt, stattdessen sind die Leistungsvorrichtungen unter Benutzung von Haltern 402 und 502 und einer Beschichtung 520 aus einem Isoliermaterial isoliert. Die erste und die zweite Leistungsvorrichtung 12 und 14 sind mit einem oberen und unteren Metallblock verbunden. Weiter ist ein Signalanschluss 404 mit der ersten Leistungsvorrichtung 12 verbunden, und ein Signalanschluss 504 ist mit der zweiten Leistungsvorrichtung 40 verbunden. Der Signalanschluss 404 erstreckt sich aus dem Leistungsmodul, und der Signalanschluss 504 ist mit ei nem Stabanschluss 506 verbunden, der sich aus dem Leistungsmodul erstreckt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform weisen der P-Anschluss-Kühlblock 112 und der N-Anschluss-Kühlblock 114 jeweils ein Schraubenloch 103 auf, das darin gebildet ist, und der Anlegeblock 110 weist Schraubendurchgangslöcher 101 auf, die darin gebildet sind, wie in 4 gezeigt ist. Es ist zu verstehen, dass jedoch in anderen Ausführungsformen der P-Anschluss-Kühlblock 112 und der N-Anschluss-Kühlblock 114 ein Schraubendurchgangsloch aufweisen können, und der Anlegeblock 110 kann stattdessen Schraubenlöcher aufweisen. Weiter ist die Zahl von Befestigungsschrauben willkürlich, solange eine vollständige Kopplung erzielt wird.
  • Lötmaterial oder Indiumfolie kann zwischen den Anlegeblock 110 und die oberen Metallblöcke 28 und 44 zum Stabilisieren der thermischen und elektrischen Verbindung eingefügt werden. Die Benutzung von Lötmaterial und Indiumfolie verringert nicht die Fähigkeit des Auseinandernehmens des Leistungsmoduls. Die obige Diskussion ist auch auf die anderen Koppelabschnitte unter Benutzung von Befestigungsschrauben anwendbar.
  • Die Leistungsvorrichtungen der ersten und zweiten Ausführungsform können auf einem SiC-Substrat gebildet sein, was die Herstellung von Hochspannungs-Hochstrom-Leistungsmodulen ermöglicht.
  • Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung die Herstellung eines Leistungsmoduls mit einem verringerten elektrischen und thermischen Widerstand.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (9)

  1. Leistungsmodul (10) mit: einer Leistungsvorrichtung (12, 40) mit einer oberen Elektrode (18) auf ihrer oberen Oberfläche und einer unteren Elektrode (16) auf ihrer unteren Oberfläche; einem oberen Metallblock (28, 44), dessen untere Oberfläche mit der oberen Elektrode (18) verbunden ist; einem unteren Metallblock (30, 46), dessen obere Oberfläche mit der unteren Elektrode (16) verbunden ist; einem Harz (48), das die Leistungsvorrichtungen (12, 40), den oberen Metallblock (28, 44) und den unteren Metallblock (40, 46) so bedeckt, dass die obere Oberfläche des oberen Metallblocks (28, 44) und die untere Oberfläche des unteren Metallblocks (30, 46) offen liegen; einem oberen Anlegeblock (38) einer Kühlleistung an einen Anschluss mit einer Wärmeabführungseigenschaft und elektrischer Leitfähigkeit, während er mit der oberen Oberfläche des oberen Metallblocks (28, 44) verbunden ist; einem unteren Anlegeblock (34, 46) einer Kühlleistung an einen Anschluss mit einer Wärmeabführungseigenschaft und elektrischer Leitfähigkeit, während er mit der unteren Oberfläche des unteren Metallblocks (30, 36) verbunden ist; einem oberen Anschluss (60), der mit dem oberen Anlegeblock (38) einer Kühlleistung an einen Anschluss so verbunden ist, dass die obere Elektrode (18) mit einer externen Komponente verbunden ist; einem unteren Anschluss (62, 64), der mit dem unteren Anlegeblock (34, 36) einer Kühlleistung an einen Anschluss so verbunden ist, dass die untere Elektrode (16) mit der externen Komponente verbunden ist; und einem Isoliergehäuse (66), das die Leistungsvorrichtung (12, 40), den oberen Metallblock (28, 44), den unteren Metallblock (30, 36), das Harz (48), den oberen Anlegeblock (48), den unteren Anlegeblock (34, 36), den oberen Anschluss (60) und den unteren Anschluss (62, 64) bedeckt, während es von dem oberen Anlegeblock (38) und dem unteren Anlegeblock (34, 36) um einen vorbestimmten Abstand so entfernt ist, dass ein Teil des oberen Anschlusses (60) und ein Teil des unteren Anschlusses (63, 64) freigelegt ist.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, bei dem der oberen Anlegeblock (38) der Kühlleistung an den Anschluss und der untere Anlegeblock (34, 36) der Kühlleistung an den Anschluss jeweils entsprechend eine abstrahlende Rippe (82) aufweisen.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Isoliergehäuse (66) mit einem Entlüftungsloch (70, 72) versehen ist.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 3, weiter mit einem elektrischen Ventilator (80), der auf der äußeren Wand des Isoliergehäuses (66) so vorgesehen ist, dass er die Luft in dem Isoliergehäuse (66) aus dem Isoliergehäuse durch das Entlüftungsloch (70, 72) herauszieht.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 1, bei dem: einer des oberen Anlegeblocks (110) der Kühlleistung an den Anschluss und des unteren Anlegeblocks (112, 114) der Kühlleistung an den Anschluss mit einem Schraubenloch (103) versehen ist, der andere des oberen Anlegeblocks (110) der Kühlleistung an den Anschluss und des Anlegeblocks (112, 114) der Kühlleistung an den Anschluss mit einem Schraubendurchgangsloch (101) versehen ist, das mit dem Schraubenloch (103) ausgerichtet ist; das Leistungsmodul weiter eine Befestigungsschraube (102) aufweist, die durch das Schraubendurchgangsloch (101) geht und in das Schraubenloch (103) geschraubt ist, so dass die obere Elektrode (18) und die untere Elektrode (16) zwischen dem Anlegeblock (110) der Kühlleistung an den Anschluss und dem unteren Anlegeblock (112, 114) der Kühlleistung an den Anschluss eingeklemmt ist; wobei die Befestigungsschraube (102) derart geschraubt ist, dass die obere Oberfläche des oberen Metallblocks (28, 44) in Kontakt mit dem oberen Anlegeblock (110) der Kühlleistung an den Anschluss direkt oder über eine Metallfolie steht und die untere Oberfläche des unteren Metallblocks (30, 46) in Kontakt mit dem unteren Anlegeblock (112, 104) der Kühlleistung an den Anschluss direkt oder über eine Metallfolie steht.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 1, bei dem: der obere Anlegeblock (240) der Kühlleistung an den Anschluss mit einem ersten Schraubendurchgangsloch (204) versehen ist; der obere Metallblock (260, 262) mit einem ersten Schraubenloch (250) versehen ist, das mit dem ersten Schraubendurchgangsloch (204) auf seiner oberen Oberfläche ausgerichtet ist; der untere Anlegeblock (232, 234) der Kühlleistung an den Anschluss mit einem zweiten Schraubendurchgangsloch (210) versehen ist; der untere Metallblock (264, 266) mit einem zweiten Schraubenloch (207) versehen ist, das mit dem zweiten Schraubendurchgangsloch (210) auf seiner unteren Oberfläche ausgerichtet ist; wobei das Leistungsmodul weiter aufweist: eine erste Befestigungsschraube (200), die durch das erste Schraubendurchgangsloch (204) geht und in das erste Schraubenloch (250) derart geschraubt ist, dass die obere Oberfläche des oberen Metallblocks (260, 262) in Kontakt mit dem oberen Anlegeblock (230) der Kühlleistung an den Anschluss direkt oder über eine Metallfolie steht; und eine zweite Befestigungsschraube (206), die durch das zweite Schraubendurchgangsloch (210) geht und in das zweite Schraubenloch (207) derart geschraubt ist, dass die untere Oberfläche des unteren Metallblocks (264, 266) in Kontakt mit dem unteren Anlegeblock (232, 234) der Kühlleistung an den Anschluss direkt oder über eine Metallfolie steht.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 5 oder 6, bei dem eine der Schrauben, die zwischen der oberen Elektrode und der unteren Oberfläche des oberen Metallblocks (44) oder der Schrauben, die zwischen der unteren Elektrode und der oberen Oberfläche des unteren Metallblocks (30) angezogen sind, entweder durch die Schraube, die zwischen der Leistungsvorrichtung (40) und dem oberen Metallblock (44) angezogen ist oder durch die Schraube, die zwischen der Leistungsvorrichtung (40) und dem unteren Metallblock (30) angezogen ist, dargestellt ist.
  8. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter mit einer Metallplatte (67), die auf einer inneren Oberfläche des Isoliergehäuses (66) gebildet ist, während sie von dem oberen Anlegeblock (38) der Kühlleistung an den Anschluss und dem unteren Anlegeblock (34, 36) der Kühlleistung an den Anschluss um einen vorbestimmten Abstand beabstandet ist.
  9. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem mindestens ein Teil der Leistungsvorrichtung auf einem SiC-Substrat gebildet ist.
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