DE102018205991A1 - Leistungsmodul und Leistungsumrichtervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Leistungsmodul ein Isoliersubstrat, ein Halbleiterbauelement, das an dem Isoliersubstrat vorhanden ist, einen Innenanschluss, der an dem Isoliersubstrat vorhanden ist und elektrisch mit dem Halbleiterbauelement verbunden ist, ein Abdichtmaterial, das den Innenanschluss, das Halbleiterbauelement und das Isoliersubstrat abdeckt, so dass ein Endabschnitt des Innenanschlusses freigelegt ist, ein Gehäuse, das getrennt von dem Abdichtmaterial ist und das Abdichtmaterial abdeckt, und ein elastisches Element, das das Gehäuse und den Endabschnitt des Innenanschlusses verbindet.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur eines Leistungsmoduls und eine Leistungsumrichtervorrichtung, die mit dem Leistungsmodul versehen ist.
  • Hintergrund
  • Wenn ein Leistungsmodul versagt, müssen der Leistungsmodulkörper und seine peripheren Komponenten ausgetauscht werden, und es wird daher als erforderlich erachtet, eine Durchführbarkeit eines Leistungsmodulaustauschs zu verbessern und bei dem Austausch anfallende Kosten zu reduzieren. Gemäß JP 6-45515A werden zum Ermöglichen eines Entfernens eines Steuer- und/oder Regelsubstrats von einem Isoliersubstrat, an dem ein Halbleiterbauelement montiert ist, ein Gehäuse, das das Isoliersubstrat abdeckt, an dem das Halbleiterbauelement montiert ist, und das Steuer- und/oder Regelsubstrat über ein elastisches Element miteinander verbunden.
  • In dem Fall des in JP-6-45515A beschriebenen Leistungsmoduls ist das Entfernen nicht einfach, da das Isoliersubstrat (Leistungsabschnitt), an dem das Halbleiterbauelement montiert ist, und das Gehäuse integral durch ein Isolierkunstharz gebildet sind, und in dem Fall, bei dem das Halbleiterbauelement versagt, muss das Gehäuse, das normal funktioniert, ebenfalls ausgetauscht werden. Insbesondere ist es wahrscheinlich, dass in und um das Halbleiterbauelement, das eine Wärmeerzeugungsquelle ist, Teile öfter als in und um das Gehäuse ausgetauscht werden, und wenn das Isoliersubstrat, an dem das Halbleiterbauelement montiert ist, und das Gehäuse nicht einfach entfernt werden können, kann dies in einem Problem resultieren, dass zusätzliche Kosten mit dem Austausch verbunden sind.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsmodul bereitzustellen, das ein Isoliersubstrat, an dem ein Halbleiterbauelement montiert ist, und ein Gehäuse einfach entfernen kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche offenbaren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Leistungsmodul ein Isoliersubstrat, ein Halbleiterbauelement, das an dem Isoliersubstrat vorhanden ist, einen Innenanschluss, der an dem Isoliersubstrat vorhanden ist und elektrisch mit dem Halbleiterbauelement verbunden ist, ein Abdichtmaterial, das den Innenanschluss, das Halbleiterbauelement und das Isoliersubstrat abdichtet, so dass ein Endabschnitt des Innenanschlusses freiliegt, ein Gehäuse, das von dem Abdichtmaterial getrennt ist und das Abdichtmaterial abdeckt, und ein elastisches Element, das das Gehäuse und den Endabschnitt des Innenanschlusses verbindet.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Leistungsmodul des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
    • 2 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Leistungsmodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, das an einer Wärmesenke befestigt ist.
    • 3 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Leistungsmodul des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
    • 4 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Leistungsmodul des dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
    • 5 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Leistungsmodul gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt, das mit einer Tellerfeder versehen ist.
    • 6 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Leistungsmodul des vierten Ausführungsbeispiels zeigt.
    • 7 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Leistungsmodul gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, das eine Klammer aufweist.
    • 8 ist eine Querschnittsdarstellung, die die Klammer zeigt.
    • 9 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau eines Leistungsumrichtersystems zeigt.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Ein Leistungsmodul 50 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird beschrieben. 1 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Leistungsmodul 50 des ersten Ausführungsbeispiels zeigt. Es sei angemerkt, dass in den anderen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Teile kennzeichnen. Bei dem in 1 gezeigten Leistungsmodul 50 ist ein Leistungsabschnitt aus einem Halbleiterbauelement 1, einem Isoliersubstrat 2, einem Innenanschluss 3 und einem leitfähigen Draht 5 gebildet. Das Leistungsmodul 50 umfasst den Leistungsabschnitt, in dem das Halbleiterbauelement 1 über ein leitfähiges Element mit dem Isoliersubstrat 2 verbunden ist und mit einem Abdichtmaterial 4 Kunstharz-abgedichtet ist, und ein Gehäuse 10, und das Leistungsmodul 50 ist derart aufgebaut, dass ein Endabschnitt des Innenanschlusses 3 von dem Abdichtmaterial 4 freiliegt und mit dem elastischen Element 12 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass das Halbleiterbauelement 1 ein Schaltbauelement oder eine Diode sein kann, und beispielsweise ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder eine PN-Diode sein kann. Die Anzahl von Halbleiterbauelementen ist natürlich nicht auf eins eingeschränkt und kann zwei oder mehr betragen.
  • Das Isoliersubstrat 2 ist aus einer Basisplatte 2a, einer Isolierschicht 2b und einer Schaltungsstruktur 2c gebildet. Die Isolierschicht 2b ist an der Basisplatte 2a vorhanden. Die Schaltungsstruktur 2c ist an der Isolierschicht 2b vorhanden. Die Basisplatte 2a und die Schaltungsstruktur 2c sind beispielsweise aus Kupfer gebildet. Die Isolierschicht 2b sichert eine elektrische Isolierung des Leistungsmoduls 50 von außen, und kann beispielsweise aus einem anorganischen Keramikmaterial oder einem Material, in dem ein keramisches Pulver in einem wärmeaushärtenden Kunstharz, wie beispielsweise Epoxidharz, verteilt ist, ausgebildet sein.
  • Ein Ende des Innenanschlusses 3 ist elektrisch mit der Schaltungsstruktur 2c verbunden, und das andere Ende wird zum Austausch eines elektrischen Signals mit dem Äußeren des Leistungsabschnitts verwendet. Der Innenanschluss 3 ist über die Schaltungsstruktur 2c elektrisch mit einer Rückseitenelektrode des Halbleiterbauelements 1 verbunden. Eine Vorderseitenelektrode des Halbleiterbauelements 1 ist über den leitfähigen Draht elektrisch mit der Schaltungsstruktur 2c verbunden. Es sei angemerkt, dass der Innenanschluss 3 lediglich leitfähig sein muss, und beispielsweise ein Kupferblock sein kann.
  • Das Isoliersubstrat 2, der Innenanschluss 3, der leitfähige Draht 5 und das Halbleiterbauelement 1 sind mit dem Abdichtmaterial 4 abgedeckt. Obwohl der Innenanschluss 3 mit dem Abdichtmaterial 4 abgedeckt ist, ist der Endabschnitt des Innenanschlusses 3 an einer Oberfläche des Abdichtmaterials 4 freigelegt, um ein Signal mit dem Äußeren auszutauschen. Da die Rückseite des Isoliersubstrats 2 mit einer Wärmesenke oder dergleichen gekühlt wird, kann sie von dem Abdichtmaterial 4 freigelegt sein. Das Material des Abdichtmaterials 4 ist nicht besonders eingeschränkt, solange es Isoliereigenschaften aufweist, und kann beispielsweise Epoxidharz sein.
  • Der Leistungsabschnitt und das Abdichtmaterial 4 sind von dem Gehäuse 10 umgeben. Das Gehäuse 10 ist von dem Abdichtmaterial 4 getrennt. Es sei angemerkt, dass es bevorzugt ist, dass das Gehäuse 10 und das Abdichtmaterial 4 nicht integral ausgebildet sind, und das Gehäuse 10 und das Abdichtmaterial 4 können in Kontakt miteinander stehen. Wenn das Gehäuse in Kontakt mit dem Abdichtmaterial 4 steht, gibt es keinen Spalt zwischen dem Gehäuse 10 und dem Abdichtmaterial 4, und es ist dadurch möglich, das Leistungsmodul 50 kleiner zu machen. Es sei angemerkt, dass, wenn es einen Spalt zwischen dem Gehäuse 10 und dem Abdichtmaterial 4 gibt, es möglich ist, die Dimensionstoleranz zwischen dem Gehäuse 10 und dem Abdichtmaterial 4 aufzufangen und dadurch den Freiheitsgrad des Produktdesigns zu verbessern. Das Gehäuse 10 ist aus einem Kunststoffgießharz oder dergleichen gebildet, und somit ist der Außenanschluss 11 (11a, 11b) mit dem Gehäuse 10 umspritzt. Der Außenanschluss 11 wird für das Gehäuse 10 verwendet, um ein elektrisches Signal mit dem Äußeren auszutauschen. Es sei angemerkt, dass der Außenanschluss 11 auch durch eine Outsert-Technik in das Gehäuse 10 eingebracht werden kann.
  • Ein Ende des elastischen Elements 12 ist elastisch mit dem Innenanschluss 3 an dem Isoliersubstrat 2, an dem das Halbleiterbauelement 1 montiert ist, verbunden, und das andere Ende ist elektrisch mit dem Gehäuse 10 verbunden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das elastische Element 12 eine Schraubenfeder und kann integral mit dem Gehäuse 10 ausgebildet sein. Es sei angemerkt, dass das elastische Element 12 mit dem Gehäuse umspritzt sein kann und dadurch integral mit dem Außenanschluss 11 ausgebildet sein kann. Des Weiteren muss das elastische Element 12 lediglich eine Elastizität und eine Leitfähigkeit aufweisen, und das elastische Element 12 kann eine Vielzahl von Schraubenfedern entsprechend einer Strombelastbarkeit sein.
  • 2 zeigt das Leistungsmodul 50, das gegen eine Wärmesenke 7 gepresst ist. Ein Teil des Gehäuses des Leistungsmoduls 50 hat eine Montagebohrung, und das Leistungsmodul 50 ist über eine Schraube 8, die durch die Montagebohrung geführt ist, an der Wärmesenke 7 befestigt. Des Weiteren ist das Leistungsmodul 50 über ein Schmiermittel oder eine Wärmeabführplatte an einer Rückseite der Grundplatte 2a an der Wärmesenke 7 befestigt. Es sei angemerkt, dass die Wärmeabführplatte keinen Abwischvorgang im Vergleich zu Schmiermittel erfordert und vorzugsweise eine Dicke von 0,1 mm oder weniger und eine Wärmeleitfähigkeit von 1 W/mK oder mehr aufweist.
  • In 1 ist das Halbleiterbauelement 1 ein IGBT, und ein Schaltungsaufbau wird beschrieben, bei dem eine Diode, obwohl sie nicht in 1 gezeigt ist, an der Schaltungsstruktur 2c in einer Richtung senkrecht zu der Blattoberfläche positioniert ist, und jeder IGBT ist parallel zu einer Diode geschaltet. Ein Außenanschluss 11a ist ein P-Anschluss des Leistungsmoduls 50 und ist über das elastische Element 12, den Innenanschluss 3 und die Schaltungsstruktur 2c elektrisch mit einer Kollektorelektrode verbunden, die eine Rückseitenelektrode des Halbleiterbauelements 1 ist. Eine Emitterelektrode, die die Vorderseitenelektrode des Halbleiterbauelements 1 ist, ist über den leitfähigen Draht 5 elektrisch mit der Schaltungsstruktur 2c verbunden. Ein Außenanschluss 11b ist ein N-Anschluss des Leistungsmoduls 50 und ist über den Innenanschluss 3 und das elastische Element 12 elektrisch mit der Schaltungsstruktur 2c verbunden. Des Weiteren ist die Kollektorelektrode des Halbleiterbauelements 1 elektrisch mit einer Kathodenelektrode der Diode verbunden, und die Emitterelektrode des Halbleiterbauelements 1 ist elektrisch mit einer Anodenelektrode der Diode verbunden, um eine Parallelschaltung eines 1-in-1-Moduls zu bilden. Es versteht sich von selbst, dass eine Schaltung, die sich von dem vorgenannten Schaltungsaufbau unterscheidet, ebenfalls ausgebildet werden kann, und beispielsweise kann eine Halbbrückenschaltung eines 2-in-1-Moduls oder eine dreiphasige Inverterschaltung eines 6-in-1-Moduls ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass der Außenanschluss 11 abhängig von dem Schaltungsaufbau ein Ausgangsanschluss sein kann.
  • Gemäß dem Leistungsmodul 50 des ersten Ausführungsbeispiels ist der Innenanschluss 3 an dem Isoliersubstrat 2, an dem das Halbleiterbauelement 1 montiert ist, über das elastische Element 12 mit dem Gehäuse 10 verbunden, und wenn das Halbleiterbauelement 1 versagt, ist es möglich, das Isoliersubstrat 2 und das Gehäuse 10 einfach zu entfernen und das Isoliersubstrat 2, an dem das Halbleiterbauelement 1 montiert ist, auszutauschen, wodurch ein Effekt einer Reduzierung der Betriebskosten, die zum Austausch erforderlich sind, oder der Bauelementkosten und eine Verbesserung einer Effizienz eines Bauelementaustauschvorgangs bereitgestellt werden. Wenn das Leistungsmodul 50 an der Wärmesenke 7 befestigt ist, ist der Innenanschluss 3 an dem Isoliersubstrat 2 über das elastische Element 12 mit dem Gehäuse 10 verbunden, und daher nimmt das elastische Element 12 selbst dann Dimensionsvariationen auf, wenn es Dimensionsvariationen in den jeweiligen mit dem elastischen Element 12 verbundenen Bauelementen gibt, was es möglich macht, einen Kontaktdruck zwischen dem Leistungsmodul 50 und der Wärmesenke 7 sicherzustellen.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Ein Leistungsmodul 51 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird beschrieben. 3 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Leistungsmodul 51 des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Bei dem Leistungsmodul 51 des zweiten Ausführungsbeispiels ist ein konkaver Abschnitt 6 an einem Endabschnitt des Innenanschlusses 3 ausgebildet, der von dem Abdichtmaterial 4 freigelegt ist.
  • Gemäß dem Leistungsmodul 51 des zweiten Ausführungsbeispiels ist der konkave Abschnitt 6 an dem Endabschnitt des Innenanschlusses 3 ausgebildet, der von dem Abdichtmaterial 4 freigelegt ist. Da das elastische Element 12 in den konkaven Abschnitt 6 eingeführt ist, kann ein Strom nicht nur von einer Unterseite des konkaven Abschnitts 6, sondern auch von einer Seitenfläche zugeführt werden, und es ist dadurch möglich, einen Stromleitungsbereich zu verbessern und eine Strombelastbarkeit des Leistungsmoduls 51 zu erhöhen. Wenn das Leistungsmodul 51 an der Wärmesenke 7 befestigt ist, kann das Leistungsmodul 51 einfach an der Wärmesenke 7 befestigt werden, da das elastische Element 12 durch den konkaven Abschnitt 6 gehalten wird.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Ein Leistungsmodul 52 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird beschrieben. 4 ist eine Querschnittsdarstellung, die das Leistungsmodul 52 des dritten Ausführungsbeispiels zeigt. Das Leistungsmodul 52 des dritten Ausführungsbeispiels ist dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element aus einer Mehrkontaktfeder 14 gebildet ist. Es sei angemerkt, dass die Mehrkontaktfeder 14 lediglich eine Vielzahl von Kontakten aufweisen muss und eine aufgewickelte Wellenfeder sein kann, bei der eine Wellenform einer Wendelfeder oder einer Tellerfeder 13 hinzugefügt ist, wie in 5 gezeigt.
  • Gemäß dem Leistungsmodul 52 dieses dritten Ausführungsbeispiels vergrößert sich der Kontaktbereich mit Bezug auf die Sprungfeder, da das elastische Element die Mehrkontaktfeder 14 ist, was es möglich macht, den Stromleitungsbereich zu verbessern und eine Strombelastbarkeit des Leistungsmoduls 52 zu erhöhen. Da die Mehrkontaktfeder 14 bei einer kürzeren Einfederung eine stärkere elastische Kraft als die Sprungfeder erzeugen kann, kann des Weiteren das Leistungsmodul 52 einfach an der Wärmesenke 7 befestigt werden. Während es erforderlich ist, eine Vielzahl von Sprungfedern zu verwenden, um den Kontaktbereich zu vergrößern, kann des Weiteren die Anzahl von Teilen auf eins in dem Fall der Mehrkontaktfeder 14 reduziert werden, was es möglich macht, das Gewicht von Bauelementen zu reduzieren.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Ein Leistungsmodul 53 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel wird beschrieben. 6 ist eine Querschnittsdarstellung, die ein Leistungsmodul 53 des vierten Ausführungsbeispiels zeigt. Das Leistungsmodul 53 des vierten Ausführungsbeispiels ist mit einer Bohrung 15 in dem Gehäuse 10 versehen, der Endabschnitt des Innenanschlusses 3, der an einer Seitenfläche des Abdichtmaterials 4 freigelegt ist, ist in die Bohrung 15 eingefügt, und das elastische Element 12 verbindet den Außenanschluss 11 und den Endabschnitt des Innenanschlusses 3 elektrisch innerhalb des Gehäuses 10.
  • Ein Ende der Bohrung 15 ist an einer Innenfläche des Gehäuses 10, die der Seitenfläche des Abdichtmaterials 4 gegenüberliegt, vorhanden, und das andere Ende ist an einer Oberseite des Gehäuses 10 vorhanden. Es sei angemerkt, dass das elastische Element 12 entlang der Bohrung 15 vorhanden ist und in der Richtung, in der die Wärmesenke 7 befestigt ist, elastisch verformbar ist. Wenn der abgedichtete Leistungsabschnitt an dem Gehäuse 10 befestigt ist, wird der Innenanschluss 3 veranlasst, in die Richtung senkrecht zu der Blattoberfläche zu gleiten und in die Bohrung 15 eingeführt zu werden.
  • Wie in 7 gezeigt, kann des Weiteren eine Klemme 16 integral mit dem Gehäuse 10 ausgebildet sein. Wie in 8 gezeigt, ist die Klemme 16 aus einem Arbeitsabschnitt 21, einem Drehpunktabschnitt 22 und einem Pressabschnitt 23 gebildet. Ein Schaft 24 ist durch den Drehpunktabschnitt 22 geführt, so dass der Arbeitsabschnitt 21 und der Pressabschnitt 23 um den Drehpunktabschnitt 22 gedreht werden können. Der Schaft 24 wird durch das Gehäuse 10 gehalten. Eine Klemmarbeit wird durchgeführt, während das Leistungsmodul 53 an der Wärmesenke 7 befestigt ist. Wenn sich der Arbeitsabschnitt 21 um den Schaft 24 dreht, dreht sich ebenso der Pressabschnitt 23, und eine Kraft wird in einer Richtung angelegt, in die die Wärmesenke 7 gedrückt wird.
  • Gemäß dem Leistungsmodul 53 dieses vierten Ausführungsbeispiels, da der Innenanschluss 3 an der Seitenfläche des Abdichtmaterials 4 freigelegt ist und über das elastische Element 12 mit dem Außenanschluss 11 innerhalb des Gehäuses 10 verbunden ist, ist es dann, wenn das Halbleiterbauelement 1 versagt, einfach, das Isoliersubstrat 2, an dem das Halbleiterbauelement 1 montiert ist, und das Gehäuse 10 zu entfernen, und das Isoliersubstrat 2, an dem das Halbleiterbauelement 1 montiert ist, auszutauschen, und es ist dadurch möglich, einen Effekt der Reduzierung von austauschbezogenen Betriebskosten und Bauelementkosten sowie einer Verbesserung einer Effizienz des Bauelementaustauschvorgangs bereitzustellen. Da die Klemme 16 integral mit dem Gehäuse 10 ausgebildet ist, ist es des Weiteren möglich, wenn das Leistungsmodul 53 an der Wärmesenke 7 befestigt wird, die Wärmesenke 7 einfach gegen das Leistungsmodul 53 zu drücken und dadurch die Effizienz des Bauelementaustauschvorgangs zu verbessern.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das vorgenannten Leistungsmodul gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel auf eine Leistungsumrichtervorrichtung angewendet. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine spezielle Leistungsumrichtervorrichtung eingeschränkt ist, wird nachfolgend ein Fall als ein fünftes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf einen Drehstromwechselrichter angewendet wird.
  • 9 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau eines Leistungsumrichtersystems zeigt, auf das die Leistungsumrichtervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angewendet wird.
  • Das in 9 gezeigte Leistungsumrichtersystem ist aus einer Energieversorgung 100, einer Leistungsumrichtervorrichtung 200 und einer Last 300 gebildet. Die Energieversorgung 100 ist eine DC-Energieversorgung und führt der Leistungsumrichtervorrichtung 200 eine DC-Energie zu. Die Energieversorgung 100 kann aus verschiedenen Komponente gebildet sein und kann beispielsweise aus einem DC-System, einer Solarbatterie und einer Speicherbatterie gebildet sein oder kann aus einer Gleichrichterschaltung, die mit einem AC-System verbunden ist, oder einem AC/DC-Konverter gebildet sein. Die Energieversorgung 100 kann ebenso aus einem DC-DC-Konverter gebildet sein, der eine DC-Energie, die von dem DC-System ausgegeben worden ist, in eine vorgegebene Energie umwandelt.
  • Die Leistungsumrichtervorrichtung 200 ist ein Drehstromwechselrichter, der zwischen die Energieversorgung 100 und die Last 300 geschaltet ist, eine DC-Energie, die von der Energieversorgung 100 zugeführt wird, in AC-Energie umwandelt und AC-Energie der Last 300 zuführt. Wie in 9 gezeigt, ist die Leistungsumrichtervorrichtung 200 mit einer Hauptumrichterschaltung 201, die DC-Energie zu AC-Energie umwandelt und die AC-Energie ausgibt, und einer Steuer- und/oder Regelschaltung 203, die ein Steuer- und/oder Regelsignal zum Steuern und/oder Regeln der Hauptumrichterschaltung 201 an die Hauptumrichterschaltung 201 ausgibt, versehen.
  • Die Last 300 ist ein dreiphasiger Elektromotor, der mit der AC-Energie betrieben wird, die von der Leistungsumrichtervorrichtung 200 zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Last 300 nicht auf eine spezielle Anwendung eingeschränkt ist, sondern ein Elektromotor ist, der an verschiedenen Typen von elektrischen Vorrichtungen montiert ist und als ein Elektromotor verwendet wird, der für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Fahrstuhl oder eine Klimaanlage oder dergleichen gedacht ist.
  • Nachfolgend werden Details der Leistungsumrichtervorrichtung 200 beschrieben. Die Hauptumrichterschaltung 201 ist mit einem Schaltbauelement und einer Rückflussdiode (nicht gezeigt) versehen, in der, wenn das Schaltbauelement ein Schalten durchführt, eine DC-Energie, die von der Energieversorgung 100 zugeführt wird, in eine AC-Energie umgewandelt und der Last 300 zugeführt wird. Es gibt eine Vielzahl von Arten von spezifischen Schaltungskonfigurationen der Hauptumrichterschaltung 201, und die Hauptumrichterschaltung 201 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine zweistufige dreiphasige Vollbrückenschaltung und kann aus sechs Schaltbauelementen und sechs Rückflussdioden gebildet sein, die umgekehrt parallel zu den jeweiligen Schaltbauelementen angeordnet sind. Das vorgenannte Leistungsmodul gemäß irgendeines der ersten vier Ausführungsbeispiele wird auf wenigstens eine der jeweiligen Schaltbauelemente und der jeweiligen Rückflussdioden der Hauptumrichterschaltung 201 angewendet. Immer zwei Schaltbauelemente der sechs Schaltbauelemente sind in Reihe geschaltet, um einen oberen und einen unteren Arm zu bilden, wobei der obere und der untere Arm die jeweiligen Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) einer Vollbrückenschaltung bilden. Ausgangsanschlüsse des jeweiligen oberen und unteren Arms, d.h. drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumrichterschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
  • Des Weiteren ist die Hauptumrichterschaltung 201 mit einer Treiberschaltung (nicht gezeigt) versehen, die jedes Schaltbauelement antreibt, aber die Treiberschaltung kann in dem Leistungsmodul 202 enthalten sein oder eine Konfiguration, die eine Treiberschaltung separat zu dem Leistungsmodul 202 aufweist, kann ebenso übernommen werden. Die Treiberschaltung erzeugt ein Treibersignal zum Antreiben des Schaltbauelements der Hauptumrichterschaltung 201 und führt das Treibersignal der Steuer- und/oder Regelelektrode des Schaltbauelements der Hauptumrichterschaltung 201 zu. Genauer gibt die Treiberschaltung ein Treibersignal zum Setzen des Schaltbauelements in einen EIN-Zustand und ein Treibersignal zum Setzen des Schaltbauelements in einen AUS-Zustand an die Steuer- und/oder Regelelektrode von jedem Schaltbauelement entsprechend dem unten beschriebenen Steuer- und/oder Regelsignal von der Steuer- und/oder Regelschaltung 203 aus. Wenn das Schaltbauelement in dem EIN-Zustand gehalten wird, ist das Treibersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal), das gleich oder höher als eine Grenzspannung des Schaltbauelements ist, und wenn das Schaltbauelement in dem AUS-Zustand gehalten wird, ist das Treibersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal), das gleich oder geringer als eine Grenzspannung des Schaltbauelements ist.
  • Die Steuer- und/oder Regelschaltung 203 steuert und/oder regelt das Schaltbauelement der Hauptumrichterschaltung 201, so dass eine gewünschte Energie der Last 300 zugeführt wird. Insbesondere berechnet die Steuer- und/oder Regelschaltung 203 eine Zeit (EIN-Zeit), während der jedes Schaltbauelement der Hauptumrichterschaltung 201 basierend auf der der Last 300 zuzuführen Energie in einen EIN-Zustand gesetzt werden sollte. Beispielsweise kann die Steuer- und/oder Regelschaltung 203 die Hauptumrichterschaltung 201 gemäß einer PWM-Steuerung und/oder -Regelung steuern und/oder regeln, wodurch die EIN-Zeit des Schaltbauelements in Übereinstimmung mit der auszugebenden Spannung moduliert wird. Ein Steuer- und/oder Regelbefehl (Steuer- und/oder Regelsignal) wird an die Treiberschaltung, die für die Hauptumrichterschaltung 201 vorgesehen ist, ausgegeben, so dass ein EIN-Signal an das Schaltbauelement ausgegeben wird, das in einen EIN-Zustand zu setzen ist, und ein AUS-Signal an das Schaltbauelement ausgegeben wird, das in einen AUS-Zustand zu setzen ist. Die Treiberschaltung gibt ein EIN-Signal oder ein AUS-Signal an die Steuer- und/oder Regelelektrode von jedem Schaltbauelement als ein Treibersignal in Übereinstimmung mit diesem Steuer- und/oder Regelsignal aus.
  • Da die Leistungsumrichtervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Leistungsmodul gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel als das Schaltbauelement und die Rückflussdiode der Hauptumrichterschaltung 201 anwendet, ist es durch Verbinden des Anschlusses an dem Isoliersubstrat, an dem das Halbleiterbauelement montiert ist, und des Gehäuses unter Verwendung eines elastischen Elements, wenn das Halbleiterbauelement versagt, möglich, das Isoliersubstrat und das Gehäuse einfach zu entfernen und das Isoliersubstrat, an dem das Halbleiterbauelement montiert ist, auszutauschen, wodurch ein Effekt einer Reduzierung von austauschbezogenen Betriebskosten und Bauelementkosten und einer Verbesserung der Effizienz des Bauelementaustauschvorgangs bereitgestellt wird.
  • Obwohl ein Beispiel in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, bei dem die vorliegende Erfindung auf einen zweistufigen Drehstromwechselrichter angewendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf eingeschränkt, sondern die vorliegende Erfindung ist auf vielfältige Arten von Leistungsumrichtervorrichtungen anwendbar. Obwohl eine zweistufige Leistungsumrichtervorrichtung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen worden ist, kann ebenso eine dreistufige oder eine mehrstufige Leistungsumrichtervorrichtung übernommen werden, oder die vorliegende Erfindung kann auf einen Einphaseninverter angewendet werden, wenn Energie einer einphasigen Last zugeführt wird. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung auch auf einen DC/DC-Konverter oder einen AC/DC-Konverter anwendbar, wenn eine Energie einer DC-Last oder dergleichen zugeführt wird.
  • Die Leistungsumrichtervorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist nicht auf den vorgenannten Fall eingeschränkt, bei dem die Last ein Elektromotor ist, sondern die vorliegende Erfindung kann ebenso als eine Leistungsversorgungsvorrichtung für eine elektrische Entladungsmaschine, eine Laserbearbeitungsmaschine, einen Induktionsherd oder ein kontaktfreies Energieversorgungssystem oder des Weiteren eine Energieanlage, wie beispielsweise ein photovoltaisches Energieerzeugungssystem, oder ein Energiespeichersystem, angewendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung verschiedene Ausführungsbeispiele und Abwandlungen innerhalb des Rahmens der Erfindung frei kombinieren kann und die jeweiligen Ausführungsbeispiele, soweit angemessen, abwandeln oder weglassen kann.
  • Für das leitfähige Element zum Verbinden zwischen Teilen ist es bevorzugt, ein Lot, eine Metallpaste, die einen Metallfüllstoff verwendet, oder ein Metall mit einem geringen elektrischen Widerstand, wie beispielsweise ein gebranntes Metall, das mit Wärme metallisiert ist, zu verwenden.
  • Bei dem Leistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Isoliersubstrat, an dem das Halbleiterbauelement montiert ist, separat von dem Gehäuse abgedichtet, und das abgedichtete Isoliersubstrat und das Gehäuse sind über das elastische Element verbunden, und somit können das Substrat und das Gehäuse einfach entfernt werden.
  • Offensichtlich sind viele Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Es daher verstanden, dass die Erfindung innerhalb des Rahmens der anhängenden Ansprüche anders als speziell beschrieben ausgeführt werden kann.
  • Die vollständige Offenbarung einer japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-158750 , eingereicht am 21. August 2017, aufweisend eine Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und eine Zusammenfassung, auf der die Übereinkunftspriorität der vorliegenden Anmeldung basiert, wird durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen.
  • Zusammenfassen ist festzustellen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungsmodul ein Isoliersubstrat, ein Halbleiterbauelement, das an dem Isoliersubstrat vorhanden ist, einen Innenanschluss, der an dem Isoliersubstrat vorhanden ist und elektrisch mit dem Halbleiterbauelement verbunden ist, ein Abdichtmaterial, das den Innenanschluss, das Halbleiterbauelement und das Isoliersubstrat abdeckt, so dass ein Endabschnitt des Innenanschlusses freigelegt ist, ein Gehäuse, das getrennt von dem Abdichtmaterial ist und das Abdichtmaterial abdeckt, und ein elastisches Element, das das Gehäuse und den Endabschnitt des Innenanschlusses verbindet, aufweist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterbauelement
    2
    Isoliersubstrat
    2a
    Basisplatte
    2b
    Isolierschicht
    2c
    Schaltungsstruktur
    3
    Innenanschluss
    4
    Abdichtmaterial
    5
    Draht
    6
    konkaver Abschnitt von 3
    7
    Wärmesenke
    8
    Schraube
    10
    Gehäuse
    11
    Außenanschluss
    11a
    Außenanschluss
    11b
    Außenanschluss
    12
    elastisches Element
    13
    Tellerfeder
    14
    Mehrkontaktfeder
    15
    Bohrung an 10
    16
    Klemme
    21
    Arbeitsabschnitt
    22
    Drehpunktabschnitt
    23
    Pressabschnitt
    24
    Schaft
    50
    Leistungsmodul
    51
    Leistungsmodul
    52
    Leistungsmodul
    53
    Leistungsmodul
    100
    Energieversorgung
    200
    Leistungsumrichtervorrichtung
    201
    Hauptumrichterschaltung
    202
    Leistungsmodul
    203
    Steuer- und/oder Regelschaltung
    300
    Last
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 6045515 A [0002, 0003]
    • JP 2017158750 [0041]

Claims (8)

  1. Leistungsmodul (50, 51, 52, 53), aufweisend: • ein Isoliersubstrat (2); • ein Halbleiterbauelement (1), das an dem Isoliersubstrat (2) vorhanden ist; • einen Innenanschluss (3), der an dem Isoliersubstrat (2) vorhanden ist und elektrisch mit dem Halbleiterbauelement (1) verbunden ist; • ein Abdichtmaterial (4), das den Innenanschluss (3), das Halbleiterbauelement (1) und das Isoliersubstrat (2) abdichtet, so dass ein Endabschnitt des Innenanschlusses (3) freigelegt ist; • ein Gehäuse (10), das getrennt von dem Abdichtmaterial (4) ist und das Abdichtmaterial (4) abdeckt; und • ein elastisches Element (12), das das Gehäuse (10) und den Endabschnitt des Innenanschlusses (3) verbindet.
  2. Leistungsmodul (50, 51, 52, 53) nach Anspruch 1, wobei das Abdichtmaterial (4) in Kontakt mit dem Gehäuse (10) ist.
  3. Leistungsmodul (50, 51, 52, 53) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein konkaver Abschnitt (6) an dem Endabschnitt des Innenanschlusses (3) vorhanden ist, in den das elastische Element (12) eingeführt ist.
  4. Leistungsmodul (50, 51, 52, 53) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elastische Element (12) eine Mehrkontaktfeder (14) mit einer Vielzahl von Kontakten ist.
  5. Leistungsmodul (50, 51, 52, 53) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter aufweisend einen Außenanschluss (11, 11a, 11b), von dem ein Ende über das elastische Element (12) elektrisch mit dem Innenanschluss (3) verbunden ist und das andere Ende von dem Gehäuse (10) freigelegt ist, wobei ein Ende einer Bohrung (15) an einer Innenfläche des Gehäuses (10), die einer Seitenfläche des Abdichtmaterials (4) gegenüberliegt, vorhanden ist, das andere Ende der Bohrung (15) an einer Oberseite des Gehäuses (10) vorhanden ist, um mit der Oberseite zu kommunizieren, und der Endabschnitt des Innenanschlusses (3) an der Seitenfläche des Abdichtmaterials (4) freiliegt und in die Bohrung (15) eingefügt ist, und das elastische Element (12) mit dem Endabschnitt des Innenanschlusses (3) innerhalb des Gehäuses (10) verbunden ist und elastisch entlang der Bohrung (15) vorhanden ist.
  6. Leistungsmodul (50, 51, 52, 53) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter aufweisend eine Wärmesenke (7), die gegen eine Rückseite des Isoliersubstrats (2) und des Gehäuses (10) gepresst ist, wobei die Rückseite des Isoliersubstrats (2) von dem Gehäuse (10) und dem Abdichtmaterial (4) freigelegt ist.
  7. Leistungsmodul (50, 51, 52, 53, 202) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Gehäuse (10) einen Schaft (24) trägt und mit einer Klemme (16) versehen ist, die einen Arbeitsabschnitt (21), der sich um den Schaft (24) dreht, und einen Pressabschnitt (23) aufweist.
  8. Leistungsumrichtervorrichtung (200), aufweisend: eine Hauptumrichterschaltung (201), die das Leistungsmodul (50, 51, 52, 53) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist und Energie umwandelt und ausgibt; und eine Steuer- und/oder Regelschaltung (203), die ein Steuer- und/oder Regelsignal zum Steuern und/oder Regeln der Hauptumrichterschaltung (201) an die Hauptumrichterschaltung (201) ausgibt.
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