DE102021209589A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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DE102021209589A1
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semiconductor device
bottom plate
plate
outer peripheral
radiator
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Shinichiro Adachi
Kazuo Enomoto
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung kann eine reduzierte Höhe aufweisen. Eine Halbleitervorrichtung (1) umfasst einen Kühler (3) mit einer Bodenplatte (31), eine Vielzahl von auf der Bodenplatte angeordneten Lamellen (32), und ein Abdeckelement (33), das die Vielzahl von Lamellen bedeckt, wobei das Abdeckelement eine Wärmeableitungsoberfläche (331) gegenüber der Bodenplatte aufweist mit der Vielzahl von Lamellen dazwischen, wobei der Kühler einen Fließweg für ein Kühlmittel aufweist, der durch einen Raum gebildet wird, welcher durch die Bodenplatte, die Vielzahl von Lamellen und das Abdeckelement umschlossen ist, ein Halbleiterelement (7), das über ein Isoliersubstrat (6) auf einer ersten Oberfläche (332) des Abdeckelements angeordnet ist, wobei die erste Oberfläche auf einer der Wärmeableitungsoberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, und ein Isolierelement (4, 5), das auf dem Kühler angeordnet ist und das Isoliersubstrat und das Halbleiterelement (7) abdichtet, Das Abdeckelement weist einen plattenförmigen Abschnitt (33c) auf, der sich von einem Abschnitt (33a, 33b), der die Vielzahl von Lamellen bedeckt, nach außen erstreckt, und wobei der plattenförmige Abschnitt mit der Bodenplatte verklebt ist. Der plattenförmige Abschnitt weist eine zweite Oberfläche (333) auf. Das Isolierelement ist auf die zweite Oberfläche geklebt. Die zweite Oberfläche ist eine Oberfläche, die in Höhenposition niedriger angeordnet ist als die erste Oberfläche in Bezug auf eine Höhenrichtung, die von der Bodenplatte zur Wärmeableitungsoberfläche zeigt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Ein Halbleitermodul weist ein Substrat auf, worauf ein Halbleiterbauelement, wie zum Beispiel einem Bipolartransistor mit isolierter Gatter-Elektrode (IGBT), einem Leistungs-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder einer Freilaufdiode (FWD) angeordnet ist, und wird z.B. in einem Wechselrichter verwendet.
  • Eine Halbleitervorrichtung ist bekannt, in der ein Halbleitermodul der obigen Art mit einem Kühler kombiniert ist. Ein bestimmter Aufbau davon ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2012-49167 offenbart.
  • Eine in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2012-49167 offenbarte Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleiterelement, das über eine Grundplatte auf einem Kühler angeordnet ist. Durch den Betrieb des Halbleitermoduls erzeugte Wärme wird durch ein Kühlmittel, das im Kühler zirkuliert, abgeführt. Somit wird das Halbleitermodul gekühlt.
  • Wenn eine interne Struktur eines Halbleitermoduls mit einem Halbleiterelement freiliegt, gibt es ein Risiko, dass die interne Struktur z.B. durch einen äußeren Einfluss beschädigt wird. Entsprechend wird eine Halbleitervorrichtung tatsächlich verwendet, die einen Aufbau mit einem rahmenförmigen Gehäuseelement auf einer Deckplatte eines Kühlers aufweist, so dass die auf der Deckplatte angeordnete interne Struktur eingeschlossen ist, und ein wärmehärtbares Harz ist in einem durch die Deckplatte und das Gehäuseelement eingeschlossenen Raum eingefüllt, um die interne Struktur zu versiegeln.
  • In solch einer Halbleitervorrichtung ist die Höhe jedoch gleich einer Summe einer Gesamthöhe des Kühlers und einer Gesamthöhe des Gehäuseelements. Daher ist es schwierig, die Halbleitervorrichtung an einem Ort einzubauen, der beispielsweise in Höhenrichtung niedrig ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Gegebenheiten erdacht und es ist eines der Ziele, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die eine geringere Höhe aufweisen kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kühler mit einer Bodenplatte, eine Vielzahl von auf der Bodenplatte angeordneten Lamellen, und ein Abdeckelement, das die Vielzahl von Lamellen bedeckt, wobei das Abdeckelement eine Wärmeableitungsoberfläche gegenüber der Bodenplatte aufweist mit der Vielzahl von Lamellen dazwischen, wobei der Kühler einen Fließweg für ein Kühlmittel aufweist, der durch einen Raum gebildet wird, welcher durch die Bodenplatte, die Vielzahl von Lamellen und das Abdeckelement umschlossen ist, ein Halbleiterelement, das über ein Isoliersubstrat auf einer ersten Oberfläche des Abdeckelements angeordnet ist, wobei die erste Oberfläche auf einer der Wärmeableitungsoberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist; und ein Isolierelement, das auf dem Kühler angeordnet ist und das Isoliersubstrat und das Halbleiterelement abdichtet. Das Abdeckelement weist einen plattenförmigen Abschnitt auf, der sich von einem Abschnitt, der die Vielzahl von Lamellen bedeckt, nach außen erstreckt, und der plattenförmige Abschnitt ist mit der Bodenplatte verklebt, der plattenförmige Abschnitt weist eine zweite Oberfläche auf, das Isolierelement auf die zweite Oberfläche geklebt ist, und die zweite Oberfläche eine Oberfläche ist, die in Höhenposition niedriger angeordnet ist als die erste Oberfläche in Bezug auf eine Höhenrichtung, die von der Bodenplatte zur Wärmeableitungsoberfläche zeigt.
  • Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Höhe einer Halbleitervorrichtung reduziert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist obere perspektivische Ansicht eines Kühlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 4 ist untere perspektivische Ansicht des Kühlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 5 ist eine Draufsicht des Kühlers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Abdeckelement des Kühlers nicht dargestellt ist;
    • 6 ist eine Schnittansicht eines Teilaufbaus der Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 7 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Abwandlungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
    • 8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Abwandlungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
    • 9 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Abwandlungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung; und
    • 10 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Abwandlungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Halbleitervorrichtung, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, wird unten beschrieben. Im Folgenden bezeichnen identische oder ähnliche Nummern gemeinsame oder entsprechende Bestandteile und auf eine erneute Beschreibung wird verzichtet.
  • 1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Halbleitervorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A in 1, die einen inneren Aufbau der Halbleitervorrichtung 1 zeigt. Der Einfachheit halber zeigt 2 auch einen Querschnitt eines Gehäuses 100 eines Wechselrichters, in den die Halbleitervorrichtung 1 eingebaut ist. Die Halbleitervorrichtung 1, die unten beschrieben wird, ist lediglich ein Beispiel und die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht hierauf beschränkt, sondern kann wie benötigt abgeändert werden.
  • In der folgenden Beschreibung werden eine Längsrichtung (oder eine Richtung, in der eine Vielzahl der Halbleitermodule 2 angeordnet ist), eine kürzere Richtung und eine Höhenrichtung der Halbleitervorrichtung 1 jeweils als X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung definiert. Die X, Y, Z Richtungen sind senkrecht zueinander und bilden ein rechtshändiges System. Der Einfachheit halber werden eine positive Z-Richtung (die durch eine Pfeilspitze angedeutete Seite) auch als „Oberseite“ und eine negative Z-Richtung auch als „Unterseite“ bezeichnet. Diese Bezeichnungen der Richtungen sind Bezeichnungen, die für eine vereinfachte Beschreibung von relativen Positionsbeziehungen zwischen Bestandteilen verwendet werden, und beziehen sich nicht auf absolute Richtungen. Beispielsweise ist die Z-Richtung (oben-unten-Richtung) nicht immer auf eine senkrechte Richtung beschränkt, sondern kann beispielsweise auch eine horizontale Richtung sein. Der Ausdruck „Draufsicht“ bezieht sich hier auf eine Sicht von der Seite der positiven Z-Richtung auf eine obere Oberfläche der Halbleitervorrichtung 1.
  • In den Zeichnungen werden nicht immer alle Bestandteile mit Bezugszeichen versehen. Genauer gesagt, wenn eine Vielzahl identische Elemente in einer Zeichnung gezeigt ist, wird ein Bezugszeichen nur einem Teil von repräsentativen Elementen vergeben und für die übrigen Elemente kann auf das Bezugszeichen verzichtet werden. Beispielsweise wird in 1 ein Bezugszeichen „10“ für einige Steuerklemmen 10 einer Vielzahl von Steuerklemmen 10 verwendet und das Bezugszeichen „10“ wird nicht an die verbleibenden Steuerklemmen 10 vergeben.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit einem Leistungswandler, wie z.B. einem Leistungsmodul verwendet und ist ein Leistungsmodul, das in einem Wechselrichter enthalten ist. Wie in 1 und 2 gezeigt umfasst die Halbleitervorrichtung 1 eine Vielzahl (drei in dieser Ausführungsform) Halbleitermodule 2, einen Kühler 3, der diese Halbleitermodule 2 kühlt, ein Gehäuseelement 4, das diese Halbleitermodule 2 aufnimmt, und ein Dichtungsharz 5, das in das Gehäuseelement 4 eingefüllt ist.
  • Jedes der Halbleitermodule 2 umfasst ein Isoliersubstrat 6, ein auf dem Isoliersubstrat 6 angeordnetes Halbleiterelement 7 und eine metallische Verdrahtungsplatte 8, die auf dem Halbleiterelement 7 angeordnet ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind drei Halbleitermodule 2 nebeneinander in X-Richtung ausgerichtet. Die drei Halbleitermodule 2 bilden eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase von beispielsweise der positiven X-Richtung und bilden im Ganzen eine dreiphasige Wechselrichterschaltung.
  • 3 ist eine obere perspektivische Ansicht des Kühlers 3. 3 ist eine untere perspektivische Ansicht des Kühlers 3. Der Kühler 3 hat in Draufsicht eine rechteckige Form. Der Kühler 3 umfasst eine Bodenplatte 31, eine Vielzahl von Lamellen 32, die auf der Bodenplatte 31 angeordnet ist, und ein Abdeckelement 33, das die Vielzahl von Lamellen 32 bedeckt.
  • Der Kühler 3 weist einen Fließweg für ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleitermodule 2 auf, der durch einen Raum gebildet wird, welcher durch die Bodenplatte 31, die Vielzahl von Lamellen 32 und das Abdeckelement 33 umschlossen ist.
  • Das Abdeckelement 33 weist eine Wärmeableitungsoberfläche 331 gegenüber der Bodenplatte 31 auf mit der Vielzahl von Lamellen 32 dazwischen (anders ausgedrückt, eine Wärmeableitungsoberfläche 331, die einen Fließweg für ein Kühlmittel in einem oberen Teil der Viel von Lamellen 32 definiert (eine untere Oberfläche des Abdeckelements 33)). Das Isoliersubstrat 6 ist mit einer ersten Oberfläche 332 (einer oberen Oberfläche des Abdeckelements 33) auf der Seite gegenüber der Wärmeableitungsoberfläche 331 des Abdeckelements 33 verbunden mittels eines Bondiermaterials S1 wie z.B. einem Lot oder eine Sinterpaste.
  • Das Isoliersubstrat 6 besteht beispielsweise aus einem direkten Kupferbonding („Direct Copper Bonding“, DCB) -Substrat, einem Aktivmetall-Lotsubstrat („Active Metal Brazing“, AMB) oder einem metallbasierten Substrat. Im Einzelnen umfasst das Isoliersubstrat 6 eine Wärmeableitungsplatte 6a, eine Isolierplatte 6b, die auf einer oberen Oberfläche der Wärmeableitungsplatte 6a angeordnet ist, und eine Leiterplatte 6c, die auf einer oberen Oberfläche der Isolierplatte 6b angeordnet ist. Das Isoliersubstrat 6 hat in Draufsicht beispielsweise eine rechteckige Form.
  • Die Wärmeableitungsplatte 6a weist eine vorgegebene Dicke in Z-Richtung auf und bedeckt eine untere Oberfläche der Isolierplatte 6b. Die Wärmeableitungsplatte 6a besteht aus einer Metallplatte mit guter Wärmeleitfähigkeit wie z.B. Kupfer oder Aluminium.
  • Die Isolierplatte 6b ist beispielsweise aus einem isolierenden Material wie z.B. einem keramischen Material wie z.B. Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si3N4), aus einem Harzmaterial wie z.B. Epoxid oder aus einem Epoxidharz mit einem Keramikmaterial als Füllmittel gefertigt. Die Isolierplatte 6b kann auch als Isolierschicht oder Isolierfilm bezeichnet werden.
  • Die Leiterplatte 6c ist eine Metallschicht aus beispielsweise einer Kupferfolie und es ist beispielsweise eine Vielzahl von Leiterplatten 6c auf der Isolierplatte 6b angeordnet. Die Leiterplatten 6c sind inselförmig auf der Isolierplatte 6b ausgebildet und elektrisch voneinander isoliert.
  • Das Halbleiterelement 7 ist durch ein Bondiermaterial S2 wie Lot oder einer Sinterpaste mit der oberen Oberfläche der Leiterplatte 6c verbunden. Mit anderen Worten, das Halbleiterelement 7 ist durch das Isoliersubstrat 6 auf der ersten Oberfläche 332 des Abdeckelements 33 angeordnet. Das Halbleiterelement 7 weist auf seiner Rückseite eine rückseitige Elektrode auf und die rückseitige Elektrode ist durch das Bondiermaterial S2 elektrisch mit der Leiterplatte 6c verbunden. Das Bondiermaterial S2 wird beispielsweise aus demselben Material wie das Bondiermaterial S1 gebildet. Das Bondiermaterial S2 kann ein gesintertes Material aus beispielsweise Gold, Silber oder Kupfer sein.
  • Das Halbleiterelement 7 weist in Draufsicht eine rechteckige Form auf, die durch ein Halbleitersubstrat aus beispielsweise Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder Diamant gebildet wird.
  • Das Halbleiterelement 7 ist zum Beispiel ein Schaltelement wie z.B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gatter-Elektrode (IGBT) oder ein Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Die Art von Halbleiterelement 7 weist beispielsweise eine positive Elektrode als Hauptelektrode auf seiner Rückseite und eine negative Elektrode als Hauptelektrode auf seiner Vorderseite.
  • Das Halbleiterelement 7 kann ein Diodenelement wie z.B. eine Schottky-Barrierediode (SBD) oder eine PiN („P-instrinsic-N“) -Diode sein. Diese Art von Halbleiterelement 7 weist eine Kathodenelektrode als Hauptelektrode auf seiner Rückseite und eine Anodenelektrode als Hauptelektrode auf seiner Vorderseite auf. Alternativ kann als das Halbleiterelement 7 ein rückwärtsleitender („reverse conducting“, RC) IGBT, bei dem ein IGBT und eine Freilaufdiode (FWD) als ein Chip aufgebaut sind, ein rückwärts sperrender („reverse blocking“, RB) IGBT mit ausreichend hohem Widerstand, um gegen eine Sperrvorspannung zu widerstehen, oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Form, Anzahl und Positionen usw. des Halbleiterelements 7 kann wie benötigt abgeändert werden. Hierbei ist zu beachten, dass das Halbleiterelement 7 gemäß dieser Ausführungsform ein vertikales Schaltelement mit funktionellen Bauteilen wie z.B. einen Transistor auf dem Halbleitersubstrat oder ein horizontales Schaltelement sein kann.
  • Die metallische Verdrahtungsplatte 8 hat ein Ende, das durch ein Bondiermaterial S3 wie Lot oder einer Sinterpaste mit der oberen Oberflächenelektrode des Halbleiterelements7 verbunden ist. Die metallische Verdrahtungsplatte 8 bildet eine Hauptverdrahtung, durch die ein Hauptstrom fließt. Die metallische Verdrahtungsplatte 8 wird beispielsweise durch Pressen unter Verwendung eines metallischen Materials, wie z.B. eines Kupfermaterials, eines Materials auf Basis einer Kupferlegierung, eines Materials auf Basis einer Aluminiumlegierung oder eines Materials auf Basis einer Eisenlegierung, hergestellt.
  • Die metallische Verdrahtungsplatte 8 weist ein anderes Ende auf, das z.B. durch das Bondiermaterial S3 mit einer andere Leiterplatte 6c verbunden ist, die sich von der Leiterplatte 6c mit dem Halbleiterelement 7 darauf unterscheidet. An die unterschiedliche Leiterplatte 6c wird ein Ende einer Hauptklemme (eine P-Klemme 11, eine N-Klemme 12 oder eine M-Klemme 13) für den externen Anschluss mit einem Bondiermaterial S4 wie Lot oder einer Sinterpaste oder durch das Bondiermaterial S4 und einen Metallblock 16 geklebt. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Leiterplatte 6c und ein Ende der Hauptklemme 11-13 für externen Anschluss sowohl durch das Bondiermaterial S4 als auch den Metallblock 16 verklebt. Hierbei ist zu beachten, dass die Form der in 2 gezeigten metallischen Verdrahtungsplatte 8 lediglich ein Beispiel ist und wie benötigt geändert werden kann. Die metallische Verdrahtungsplatte 8 ist beispielsweise ein Leiterrahmen, eine Klammer, ein Band, ein Draht oder ähnliches.
  • Das Gehäuseelement 4 hat eine rechteckige Rahmenform, die in der Mitte offen ist, und die einer äußere Form des Kühlers 3 folgt (oder des Abdeckelements 33). Das Gehäuseelement 4 besteht beispielsweise aus einem thermoplastischen Harz, wie z.B. einem Polyphenylensulfidharz (PPS-Harz) oder einem Polybutylenterephthalatharz (PBT-Harz).
  • Das Gehäuseelement 4 ist mit einer zweiten Oberfläche 333 (die unten beschrieben wird) an einem äußeren Randabschnitt des Abdeckelements 33 durch einen Klebstoff (nicht dargestellt) verklebt. Somit sind die drei auf der ersten Oberfläche 332 (die obere Oberfläche des Abdeckelements 33) im mittleren Teil des Abdeckelements 33 angeordneten Halbleitermodule 2 in der mittleren Öffnung des Gehäuseelements 4 angeordnet. Mit anderen Worten, das Gehäuseelement 4 ist auf dem Kühler 3 angeordnet und ist ein rahmenförmiges Gehäuseelement, das die Halbleitermodule 2 umgibt, die jeweils das Isoliersubstrat 6 und das Halbleiterelement 7 enthalten.
  • Als Klebstoff zum Binden einer Bindungsoberfläche (untere Oberfläche 4a) des Gehäuseelements 4 und der zweiten Oberfläche 333 des Abdeckelements 33 wird beispielsweise ein Klebstoff auf Siliziumbasis oder ein Klebstoff auf Epoxidbasis verwendet. Ein Füllmittel, wie z.B. Keramiken, kann mit dem Klebstoff vermischt sein. Durch Binden der unteren Oberfläche 4a des Gehäuseelements 4 und der zweiten Oberfläche 333 des Abdeckelements 33 mit Klebstoff kann ein Austreten des in das Gehäuseelement 4 eingefüllten Dichtungsharzes 5 verhindert werden.
  • Eine Steuerklemme 10 zum Steuern und die Hauptklemmen (P-Klemme 11, N-Klemme 12 und M-Klemme 13) für externen Anschluss sind am Gehäuseelement 4 befestigt. Die Klemmen 10 bis 13 sind unter Verwendung eines metallischen Materials, wie z.B. eines Kupfermaterials, eines Materials auf Basis einer Kupferlegierung, eines Materials auf Basis einer Aluminiumlegierung oder eines Materials auf Basis einer Eisenlegierung, gefertigt. Ni-Beschichten kann an Oberflächen der Klemmen 10 bis 13 zum Verbessern der Benetzbarkeit des Lots oder zum Verhindern von Rost durchgeführt werden.
  • Die Steuerklemme 10 wird durch Einspritzen in eine Wand auf der positiven Y-Richtung eines Paares von Wänden eingebettet, die sich in der kürzeren Richtung (Y-Richtung) des Gehäuseelements 4 gegenüberliegen. Die Steuerklemme 10 ist an einem Ende elektrisch mit einer Steuerelektrode des Halbleiterelements 7 über ein Verdrahtungselement, z.B. einen Draht innerhalb des Halbleitermoduls 2, verbunden. Das eine Ende der Steuerklemme 10 kann elektrisch mit einem Steuer-IC, der das Halbleiterelements 7 steuert, über ein Verdrahtungselement, z.B. einen Draht innerhalb des Halbleitermoduls 2, verbunden sein. Ein Mittelteil zwischen einem Ende und einem anderen Ende der Steuerklemme 10 ist im Gehäuseelement 4 eingebettet. Das andere Ende der Steuerklemme 10 erstreckt sich von einer oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4. Das andere Ende der Steuerklemme 10 kann elektrisch mit einer externen Steuerschaltung (nicht dargestellt) verbunden sein. Beispielsweise sind 10 Steuerklemmen 10 für ein Halbleitermodul 2 bereitgestellt.
  • Die P-Klemme 11 und N-Klemme 12 der Hauptklemme für externen Anschluss werden durch Einspritzen in eine Wand auf der negativen Y-Richtung des Paares von Wänden eingebettet, die sich in der kürzeren Richtung (Y-Richtung) des Gehäuseelements 4 gegenüberliegen. Die M-Klemme 13 wird durch Einspritzen in eine Wand auf der in positiver Y-Richtung des Paares von Wänden eingebettet, die sich in der kürzeren Richtung (Y-Richtung) des Gehäuseelements 4 gegenüberliegen. Wie oben beschrieben sind Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 durch das Bondiermaterial S4 und den Metallblock 16 innerhalb des Halbleitermoduls 2 mit der Leiterplatte 6c verklebt. Genauer gesagt ist ein Ende der P-Klemme 11 elektrisch mit einer Kollektorelektrode eines Oberarms des Schaltelements mit oberen und unteren Armen verbunden. Ein Ende der N-Klemme 12 ist elektrisch mit einer Emitterelektrode des Unterarms des Schaltelements mit den oberen und unteren Armen verbunden.
  • Ein Ende der M-Klemme 13 ist elektrisch mit einer Emitterelektrode des Oberarms und einer Kollektorelektrode des Unterarms des Schaltelements mit den oberen und unteren Armen verbunden. Mittelteile zwischen den einen Enden und den anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 sind im Gehäuseelement 4 eingebettet. Die anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 erstrecken sich von der oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4 zu Seitenflächen des Gehäuseelements 4 und erreichen die Seitenflächen des Gehäuseelements 4.
  • Auf diese Weise haben die Hauptklemmen 11 bis 13 die anderen Enden, die sich von der oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4 nach außen erstrecken und die Seitenflächen des Gehäuseelements 4 erreichen, wobei das Dichtungsharz 5 in das Gehäuseelement 4 gefüllt ist, die einen Enden in dem Dichtungsharz 5 versiegelt sind und elektrisch mit dem Halbleiterelement 7 verbunden sind, wie unten beschrieben.
  • Die obere Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4 weist eine Vielzahl konkaver Abschnitte 9 auf und eine Mutter 14 ist in jeden der Vielzahl konkaver Abschnitte 9 befestigt. Jeder der konkaven Abschnitte 9 kann auch als „Mutternhalter“ bezeichnet werden. Die konkaven Abschnitte 9 halten die Muttern 14 zum Befestigen externer Sammelschienen 40 mit Schrauben 15 an den Hauptklemmen 11 bis 13 für eine externe Verbindung. Die externen Sammelschienen 40 sind elektrisch mit einer externen Vorrichtung verbunden (nicht dargestellt). Somit sind die anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 über die externen Sammelschienen 40 elektrisch mit der externen Vorrichtung verbunden.
  • Insgesamt drei Hauptklemmen der P-Klemme 11, der N-Klemme 12 und der M-Klemme 1 sind mit einem Halbleitermodul 2 verbunden. Da gemäß dieser Ausführungsform drei Halbleitermodule 2 vorgesehen sind, werden insgesamt neun Hauptklemmen und neun konkave Abschnitte 9 angeordnet.
  • Wie oben beschrieben sind die einen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 durch das Bondiermaterial S4 und den Metallblock 16 mit der Leiterplatte 6c verklebt. Andererseits haben die anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 Löcher zum Befestigen. Die anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 sind auf der oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4 angeordnet, so dass die Löcher zum Befestigen konzentrisch mit den in den konkaven Abschnitten 9 gehaltenen Muttern 14 sind. Außerdem sind an den oberen Oberflächen der anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 die Löcher zum Befestigen in den Hauptklemmen 11 bis 13 und die Löcher zum Befestigen in den externen Sammelschienen 40 konzentrisch zueinander angeordnet, und die Schrauben 15 werden durch diese hindurchgeführt. Jede der Schrauben 15 ist auch durch die Mutter 14 eingesetzt. Mit den Muttern 14 und den Schrauben 15 werden die externen Sammelschienen 40 an den Hauptklemmen 11 bis 13 befestigt. Somit sind die anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 mechanisch und elektrisch mit den externen Sammelschienen 40 verbunden.
  • Die zuvor genannten Formen, Positionen, Anzahlen usw. der Klemmen 10 bis 13 sind lediglich Beispiele. Die Formen, Positionen, Anzahlen usw. der Klemmen 10 bis 13 sind nicht auf die obigen Beispiele beschränkt und können wie erforderlich geändert werden.
  • Das Dichtungsharz 5 wird in den Raum, definiert durch die untere Oberfläche 4a des Gehäuseelements 4 und die zweite Oberfläche 333 des Abdeckelements 33, die verklebt sind, eingefüllt. Die obere Oberfläche des Dichtungsharzes 5 ist an gleichem oder niedrigerem Niveau (negative Z-Richtung) wie die obere Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4 angeordnet. Somit werden die Bestandteile der Halbleitermodule 2 innerhalb des obigen Raums abgedichtet. Das Dichtungsharz 5 versiegelt zumindest das Isoliersubstrat 6, das Halbleiterelement 7, einen Abschnitt von den einen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 bis zu den in das Gehäuseelement 4 eingebetteten Teilen sowie die erste Oberfläche 332 und die zweite Oberfläche 333 des Abdeckelements. Somit kann eine Isoliereigenschaft zwischen dem Halbleiterelement 7, der Leiterplatte 6c und den Hauptklemme 11 bis 13 und dem Abdeckelement 33 beibehalten werden.
  • Auf diese Weise sind das Gehäuseelement 4 und das Dichtungsharz 5 als ein Isolierelement aufgebaut, das die Bestandteile des Halbleitermoduls 2 abdichtet.
  • Das Dichtungsharz 5 besteht aus einem wärmehärtbaren Harz. Das Dichtungsharz 5 enthält vorzugsweise mindestens eines der folgenden Materialien: Epoxid, Silizium, Urethan, Polyimid, Polyamid und Polyamid-Imid. Als Dichtungsharz 5 ist beispielsweise ein Epoxidharz, dem ein Füllmittel beigemengt ist aus Sicht seiner Isoliereigenschaft, Hitzebeständigkeit und Wärmeableitungseigenschaft bevorzugt.
  • Das Gehäuseelement 4 weist eine Vielzahl (in dieser Ausführungsform sechs) Durchgangslöcher 4c entlang seines äußeren umfänglichen Rands auf. Die Durchgangslöcher 4c sind Löcher, durch die Schrauben 50 zum Befestigen der Halbleitervorrichtung 1 eingebracht werden.
  • Im Folgenden wird ein detaillierter Aufbau des Kühlers 3 beschrieben.
  • Die Bodenplatte 31 ist ein flacher plattenförmiger Körper (d.h. eine flache Platte) mit rechteckiger Form in Draufsicht und einer vorgegebenen Dicke. Die Bodenplatte 31 weist eine äußere Form auf, die der äußeren Form des Gehäuseelements 4 entspricht. Mit anderen Worten, die Bodenplatte 31 hat einen Längsteil, der sich in rechts-links-Richtung (X-Richtung) der Halbleitervorrichtung 1 erstreckt, und einen kürzeren Teil, der sich in vorne-hinten-Richtung (Y-Richtung) der Halbleitervorrichtung 1 erstreckt. Die Bodenplatte 31 umfasst eine äußere umfängliche Endfläche, die sich bis zu den Seitenflächen des Gehäuseelements 4 erstreckt. Die Bodenplatte 31 ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung mit guter Wärmeableitung gefertigt. Ni-Beschichten kann an der Oberfläche der Bodenplatte 31 zum Verhindern von Rost usw. durchgeführt werden. Die Plattendicke der Bodenplatte 31 ist vorzugsweise dicker als die Plattendicke des Abdeckelements 33, deren Einzelheiten unten beschrieben werden.
  • Ein Einlassabschnitt 31a zum Einleiten eines Kühlmittels in einen im Kühler 3 enthaltenen Fließweg und ein Auslassabschnitt 31b zum Ableiten des Kühlmittels aus dem Fließweg sind an vorgegebenen Positionen der Bodenplatte 31 angeordnet. Der Einlassabschnitt 31a und der Auslassabschnitt 31b sind als Durchgangslöcher, die in Dickenrichtung durch die Bodenplatte 31 gehen, ausgebildet. Der Einlassabschnitt 31a und der Auslassabschnitt 31b haben jeweils eine lange Lochform, die in Draufsicht in X-Richtung lang ist. Der Einlassabschnitt 31a und der Auslassabschnitt 31b sind so angeordnet, dass sie einander diagonal gegenüber liegen mit der Vielzahl von Lamellen 32 in Y-Richtung dazwischen. Die Formen und Positionen des Einlassabschnitts 31a und des Auslassabschnitts 31b sind nicht hierauf beschränkt, sondern können ja nach Anforderung geändert werden.
  • Wie in 2 dargestellt, hat das Gehäuse 100 des Wechselrichters einen einlassseitigen Fließweg 102, der mit dem Einlassabschnitt 31a verbunden ist, und einen auslassseitigen Fließweg 104, der mit dem Auslassabschnitt 31b in verbunden ist. Ein Kühlmittel, das aus dem einlassseitigen Fließweg 102 durch den Einlassabschnitt 31a in den Fließweg innerhalb des Kühlers 3 eingeleitet wird, wird durch den Auslassabschnitt 31b in den auslassseitigen Fließweg 104 abgeleitet.
  • Bei dieser Ausführungsform ragen der Einlassabschnitt 31a und der Auslassabschnitt 31b für ein Kühlmittel nicht von den Seiten der Bodenplatte 31 ab, sondern sind in der unteren Oberfläche 311 der Bodenplatte 31 angeordnet. Auf diese Weise können der Kühler 3 und der Fließweg des Kühlmittels des Wechselrichters, in den die Halbleitervorrichtung 1 eingebaut werden soll, ohne Verwendung eines speziellen Verbindungsstücks oder dergleichen, sondern nur durch Anbringen der Halbleitervorrichtung 1 am Gehäuse 100 des Wechselrichters, in den die Halbleitervorrichtung 1 eingebaut werden soll, verbunden werden. Somit kann der Aufbau vereinfacht werden und die Anzahl von Arbeitsstunden zum Befestigen kann reduziert werden.
  • Die Bodenplatte 31 weist eine Vielzahl (in dieser Ausführungsform sechs) Durchgangslöcher 31c entlang ihres äußeren umfänglichen Rands auf. Die Durchgangslöcher 31c sind Löcher, durch die die Schrauben 50 zum Befestigen der Halbleitervorrichtung 1 eingebracht werden.
  • 5 ist eine Draufsicht, die den Kühler 3 zeigt, wobei das Abdeckelement 33 nicht dargestellt ist, d.h. nur die Bodenplatte 31 und die Vielzahl der Lamellen 32 des Kühlers 3 sind dargestellt.
  • Wie in 5 gezeigt, hat die Bodenplatte 31 einen mittigen Bereich der oberen Oberfläche (in Draufsicht rechteckiger Bereich 312 (in 5 durch eine gestrichelte Linie eingeschlossener Bereich)) in der Mitte der oberen Oberfläche und einen umfänglichen Randbereich der oberen Oberfläche (umfänglicher Randbereich 313 in Draufsicht) an einem äußeren Umfang des in Draufsicht rechteckigen Bereichs 312. Der in Draufsicht rechteckige Bereich 312 weist die Vielzahl der Lamellen 32 (eine Ansammlung 320 der Lamellen 32), den Einlassabschnitt 31a und den Auslassabschnitt 31b auf. Der in Draufsicht rechteckige Bereich 312 ist ein Bereich gegenüber der Deckplatte 33a des Abdeckelements 33, wo ein Kühlmittel fließt, was unten beschrieben wird. Der in Draufsicht umfängliche Randbereich 313 ist ein Bereich, der z.B. durch Hartlöten mit einer unteren Oberfläche 334 eines plattenförmigen Abschnitts 33c des Abdeckelements 33 verbunden wird, was unten beschrieben wird.
  • Die Lamellen 32 sind beispielsweise prismenförmige Stifte (quadratische Stifte). Die Vielzahl der Lamellen 32 ist mit vorgegebenen Abständen in dem in Draufsicht rechteckigen Bereich 312 in der Mitte der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 beabstandet. Somit fließt ein Kühlmittel in dem in Draufsicht rechteckigen Bereich 312 vom Einlassabschnitt 31a durch Fließwege zwischen der Vielzahl von Lamellen 32 und wird vom Auslassabschnitt 31b ausgelassen. Die Ansammlung 320 der Lamellen 32 hat eine äußere Form, die eine im Wesentlichen rechteckig Form eines Parallelepipeds aufweist, die innerhalb des in Draufsicht rechteckigen Bereichs 312 enthalten ist. Die äußere Form der Ansammlung 320 ist nicht auf die im Wesentlichen rechteckige Form eines Parallelepipeds beschränkt, sondern kann eine beliebige äußere Form haben.
  • Genauer gesagt hat jede der Lamellen 32 in Draufsicht eine Form eines Rhombus, und die Ausrichtung eines Paares von einander auf einer Diagonalen Linie gegenüberliegenden Ecken stimmt mit der kürzeren Richtung (Y-Richtung) des Kühlers 3 überein. Die Lamellen 32 stehen um eine vorgegebene Länge von der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 in positiver Z-Richtung ab. Vorzugsweise haben die Lamellen 32 eine Länge von der oberen Oberfläche (in Draufsicht rechteckiger Bereich 312) der Bodenplatte 31 zur Wärmeableitungsoberfläche 331 der Deckplatte 33a des Abdeckelements 33, die unten beschrieben wird. Der Aufbau der Lamellen 32 ist nicht hierauf beschränkt, sondern kann wie benötigt geändert werden. Beispielsweise kann die Form der Lamellen 32 ein Zylinder, eine abgeschnittene Pyramide der ein abgeschnittener Kegel sein anstelle des in 5 gezeigten Prismas. Die Ansammlung 320 kann einen Aufbau haben, bei dem eine Vielzahl klingenförmiger Lamellen 32, die sich in Y-Richtung erstreckt, mit vorgegebenem Abstand in X-Richtung angeordnet ist.
  • Die Lamellen 32 sind beispielsweise aus demselben metallischen Material wie die Bodenplatte 31 gebildet. Die Lamellen 32 können hartgelötet oder in den in Draufsicht rechteckigen Bereich 312 implantiert sein an der Mitte der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 oder können in die Bodenplatte 31 durch Schneiden, Schmieden oder Gießen integriert sein. In letzterem Fall enthält der Kühler 3 zwei Teile (einen integralen Teil der Bodenplatte 31 und der Lamellen 32 und das Abdeckelement 33). Somit kann der Aufbau des Kühlers 3 vereinfacht werden und die Anzahl von Arbeitsstunden zum Herstellen sowie die Herstellungskosten können reduziert werden. Vorzugsweise sind die in der Bodenplatte 31 integrierten Spitzen der Lamellen 32 mit der Wärmeableitungsoberfläche 331 der Deckplatte 33a hartgelötet. Falls die Bodenplatte 31 und die Lamellen 32 getrennte Teile sind, haben die Lamellen 32 beispielsweise erste Enden, die mit der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 hartgelötet sind, und zweite Enden, die mit der Wärmeableitungsoberfläche 331 der Deckplatte 33a hartgelötet sind.
  • Wie in 3 gezeigt ist das Abdeckelement 33 ein plattenförmiger Körper mit rechteckiger Form in Draufsicht und konvexer Form in Schnittansicht mit vorgegebener Dicke. Das Abdeckelement 33 umfasst die Deckplatte 33a, einen umfänglichen Wandabschnitt 33b und den plattenförmigen Abschnitt 33c. Die Deckplatte 33a ist ein Abschnitt, der im Mittelteil des Abdeckelements 33 nach oben absteht. Der umfängliche Wandabschnitt 33b ist ein rahmenförmiger Abschnitt, der in Z-Richtung einen äußeren Umfang, der oberhalb angeordneten Deckplatte 33a und einen inneren Umfang des plattenförmigen Abschnitts 33a darunter verbindet. Der plattenförmige Abschnitt 33a ist ein Abschnitt, der im äußeren umfänglichen Teil des Abdeckelements 33 unten angeordnet ist. Die äußere Form des Abdeckelement 33 entspricht auch der äußeren Form des Gehäuseelements 4 wie die Bodenplatte 31. Mit anderen Worten, auch die äußere umfängliche Endfläche des Abdeckelements 33 erstreckt sich zu den Seitenflächen auf der Seite der unteren Oberfläche 4a des Gehäuseelements 4. Die Dicken der Deckplatte 33a, der umfänglichen Wandabschnitts 33b und des plattenförmigen Abschnitts 33c können im Wesentlichen gleich sein. Alternativ kann die Dicke des plattenförmigen Abschnitts 33c dicker sein als die der Deckplatte 33a.
  • Die äußere umfängliche Endfläche der Bodenplatte 31 und die äußere umfängliche Endfläche des plattenförmigen Abschnitts 33c, der die äußere umfängliche Endfläche des Kühlers 3 bildet, erstrecken sich bis zu den Seitenflächen des Gehäuseelements 4, so dass die äußere umfängliche Endfläche des Kühlers 3 und die Seitenflächen des Gehäuseelements 4 bündig zueinander sind.
  • Die Deckplatte 33a, der umfängliche Wandabschnitts 33b und der plattenförmigen Abschnitts 33c können ein einstückiges, aus Metallblech gefertigtes Bauteil sein. Das Abdeckelement 33 ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung mit guter Wärmeableitung gefertigt, wie die Bodenplatte 31. Ni-Beschichten kann an der Oberfläche des Abdeckelements 33 zum Verbessern der Benetzbarkeit des Lots, zum Verhindern von Rost usw. durchgeführt werden.
  • Wie in 2 dargestellt sind die Halbleitermodule 2 auf der ersten Oberfläche 332 der Deckplatte 33a angeordnet, welche die oberste Oberfläche des Abdeckelements 33 ist. Somit wird von den Halbleitermodulen 2 erzeugte Wärme hauptsächlich zum Abdeckelement 33 übertragen. Somit steigt die Wärmeableitungsfähigkeit des Kühlers 3 mit geringerer Dicke des Abdeckelements 33. Entsprechend ist die Plattendicke des Abdeckelements vorzugsweise gleich groß wie oder größer als 0,5 mm und kleiner als 2 mm.
  • Die Deckplatte 33a weist eine Fläche auf, welche den gesamten in Draufsicht rechteckigen Bereich 312 in der Mitte der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 bedeckt, und die über der Ansammlung 320 angeordnet ist, so dass sie alle der Vielzahl von Lamellen 32 bedeckt (Ansammlung 320). Die untere Oberfläche der Deckplatte 33a ist die Wärmeableitungsoberfläche 331, die einen Fließweg für ein Kühlmittel über der Ansammlung 320 definiert. Jede der Vielzahl von Lamellen 32 ist mit der Wärmeableitungsoberfläche 331 des Abdeckelements 33 hartgelötet. Hierbei ist zu beachten, dass das Abdeckelement 33 durch Schneiden oder Gießen mit der Vielzahl von Lamellen 32 integriert sein kann. Die Bodenplatte 31 und die Vielzahl von Lamellen 32 sind hier getrennt ausgebildete Teile anstelle eines einstückig gefertigten Produkts.
  • Das Isoliersubstrat 6 ist durch das Bondiermaterial S1 mit der ersten Oberfläche 332 der Deckplatte 33a (obere Oberfläche der Deckplatte 33a) auf der gegenüberliegenden Seite der Wärmeableitungsoberfläche 331 verbunden. Mit anderen Worten, die drei in X-Richtung ausgerichteten Halbleitermodule 2 sind auf der oberen Oberfläche der Deckplatte 33a angeordnet. Durch die drei Halbleitermodule 2 erzeugte Wärme wird hauptsächlich zur Deckplatte 33a übertragen und wird durch ein im Fließweg im Kühler fließendes Kühlmittel von der Wärmeableitungsoberfläche 331 der Deckplatte 33a und den Lamellen 32 gekühlt.
  • Der umfängliche Wandabschnitt 33b weist eine rechteckige Rahmenform entlang des äußeren umfänglichen Rand der Deckplatte 33a auf. Der umfängliche Wandabschnitt 33b erstreckt sich bis zu einer Endseite an der inneren umfänglichen Seite des plattenförmigen Abschnitts 33c, aufgrund seiner Form, die in negativer Z-Richtung von der Endseite der Deckplatte 33a auskragt. Somit umgibt der umfängliche Wandabschnitt 33b den äußeren Umfang der Vielzahl von Lamellen 32 (Ansammlung 320), die unter der Deckplatte 33a angeordnet ist. Die gesamte Ansammlung 320 wird durch die Deckplatte 33a, den umfänglichen Wandabschnitt 33b und die Bodenplatte 31 bedeckt.
  • Die Überstandshöhe in negativer Z-Richtung des umfänglichen Wandabschnitts 33b ist gleich groß wie oder größer als die Überstandshöhe der Lamellen 32. Vorzugsweise ist die Überstandshöhe in negativer Z-Richtung des umfänglichen Wandabschnitts 33b im Wesentlichen gleich groß wie die Überstandshöhe der Lamellen 32. Die Überstandshöhe in negativer Z-Richtung des umfänglichen Wandabschnitts 33b ergibt einen Abstand zwischen der Wärmeableitungsoberfläche 331 der Deckplatte 33a und dem in Draufsicht rechteckigen Bereich 312 in der Mitte der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 (mit anderen Worten: die gesamte Länge in Z-Richtung des Raums, der durch die Deckplatte 33a, den umfänglichen Wandabschnitt 33b und die Bodenplatte 31 definiert ist). Daher erstrecken sich die Lamellen 32 entlang der gesamten Länge in Z-Richtung des definierten Raums (d.h. vom in Draufsicht rechteckigen Bereich 312 zur Wärmeableitungsoberfläche 331). Infolgedessen kann eine große Oberfläche der Lamellen 32 innerhalb des Raums sichergestellt werden, was die Wärmeableitungsfähigkeit des Kühlers 3 verbessert.
  • Die Überstandshöhe der Lamellen 32 ist vorzugsweise gleich groß wie oder größer als 3 mm und gleich groß wie oder kleiner als 20 mm. Falls die Überstandshöhe der Lamellen 32 kleiner als 3 mm ist, ist die Oberfläche der Lamellen 32 klein, was die Wärmeableitungsfähigkeit des Kühlers 3 verringert. Falls die Überstandshöhe der Lamellen 32 22 mm überschreitet, wird es schwierig, die Gesamthöhe der Halbleitervorrichtung 1 zu reduzieren, da die Höhenposition der Deckplatte 33a hoch ist.
  • Der plattenförmige Abschnitt 33c erstreckt sich bis zur Außenseite des Abschnitts, der die Vielzahl von Lamellen 32 (Ansammlung 320) bedeckt (d.h. der kastenförmige Körper, der aus der Deckplatte 33a und dem umlaufenden Wandabschnitt 33b besteht). Genauer gesagt, erstreckt sich der plattenförmige Abschnitt 33c vom gesamten Umfang des unteren Endes des umfänglichen Wandabschnitts 33b bis außerhalb des kastenförmigen Körpers entlang der XY-Ebene. Somit ist die Höhenposition in Z-Richtung der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c niedriger als die obere Oberfläche (erste Oberfläche 332) der Deckplatte 33a, die sich auf gleicher Höhe wie das obere Ende des umfänglichen Wandabschnitts 33b befindet. Mit anderen Worten, in Bezug auf die Höhenrichtung (Z-Richtung), die von der Bodenplatte 31 zur Wärmeableitungsoberfläche 331 führt, ist die obere Oberfläche des plattenförmigen Abschnitts 33c in Höhenposition niedriger als die obere Oberfläche der Deckplatte 33a.
  • Die äußere Form des plattenförmigen Abschnitts 33c bietet eine maximale äußere Form des Abdeckelements 33 in Draufsicht und entspricht der äußeren Form des Gehäuseelements 4. Der plattenförmige Abschnitt 33c kann so angeordnet werden, dass er dem umfänglichen Randabschnitt der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 (in Draufsicht umfänglicher Randbereich 313), welcher den rechteckigen Bereich 312 in der Mitte der oberen Oberfläche der Bodenplatte 31 in Draufsicht umgibt, zugewandt ist und diesen überlappt. Der in Draufsicht umlaufende Randbereich 313 der Bodenplatte 31 und die untere Oberfläche 334 des plattenförmigen Abschnitts 33c werden z.B. durch Hartlöten miteinander verbunden. Somit wird eine untere Öffnung des kastenförmigen Körpers, der durch die Deckplatte 33a und den umlaufenden Wandabschnitt 33b gebildet wird, durch die Bodenplatte 31 verschlossen, und ein Fließweg für ein Kühlmittel zum Kühlen der Halbleitermodule 2 wird durch den Raum gebildet, der durch die Bodenplatte 31, die Vielzahl von Lamellen 32 und das Abdeckelement 33 eingeschlossen wird.
  • Der plattenförmige Abschnitt 33c weist eine Vielzahl (in dieser Ausführungsform sechs) Durchgangslöcher 335 entlang seines äußeren umfänglichen Rands auf. Die Durchgangslöcher 335 sind Löcher, durch die die Schrauben 50 zum Befestigen der Halbleitervorrichtung 1 eingebracht werden. Die Bodenplatte 31 und der plattenförmige Abschnitt 33c sind miteinander verbunden, so dass die Durchgangslöcher 31c der Bodenplatte 31 und die jeweils den Durchgangslöchern 31c entsprechenden Durchgangslöcher 335 konzentrisch sind. Der Einfachheit halber wird den durch Verbinden der Durchgangslöcher 31c und der Durchgangslöcher 335 gebildeten Durchgangslöchern das Bezugszeichen „34“ gegeben.
  • Das Gehäuseelement 4 mit rechteckiger Rahmenform in Draufsicht ist durch einen Klebstoff mit der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c mit rechteckiger Rahmenform in Draufsicht verbunden. So werden die drei Halbleitermodule 2 in der zentralen Öffnung des Gehäuseelements 4 untergebracht, und die obere Platte 33a und der umlaufende Wandabschnitt 33b, die den kastenförmigen Körper bilden, werden ebenfalls in der zentralen Öffnung des Gehäuseelements 4 untergebracht.
  • Auf diese Weise ist das Gehäuseelement 4 auf der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c angeordnet, der in der Höhenposition niedriger ist als die obere Oberfläche (erste Oberfläche 332) der Deckplatte 33a, welche die oberste Oberfläche des Abdeckelements 33 ist. Somit kann gemäß dieser Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, die Höhe der Halbleitervorrichtung 1 niedriger sein als die Gesamthöhe der gesamten Höhe des Kühlers 3 und die Gesamthöhe des Gehäuseelements 4. Somit kann die Halbleitervorrichtung 1 in einem Teil, das beispielsweise einen in Höhenrichtung (Z-Richtung) niedrigen Raum aufweist, eingebaut werden.
  • Der Höhenunterschied in Z-Richtung zwischen der oberen Oberfläche (erste Oberfläche 332) der Deckplatte 33a und der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c ist vorzugsweise gleich groß wie oder größer als 3 mm und gleich groß wie oder kleiner als 20 mm. Falls der Unterschied in Höhenposition kleiner als 3 mm ist, können nur die Lamellen 32 mit einer kurzen Gesamtlänge im Kühler 3 angeordnet werden. Da hier die Oberfläche der Lamellen 32 klein ist, nimmt die Wärmeableitungsfähigkeit des Kühlers 3 ab. Außerdem ist es schwierig, eine Kriechstrecke (deren Einzelheiten unten beschrieben werden) zwischen dem Kühler 3 und den Hauptklemmen 11 bis 13 sicherzustellen. Falls der Unterschied der Höhenposition 20 mm überschreitet, wird es schwierig, eine reduzierte Gesamthöhe der Halbleitervorrichtung 1 zu erreichen, da die Höhenposition der Deckplatte 33a hoch ist.
  • Das Gehäuseelement 4 ist mit der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c verklebt, so dass die Vielzahl von Durchgangslöchern 4c konzentrisch mit den entsprechenden Durchgangslöchern 34 ist. Die Schrauben 50 zum Befestigen werden in die durch Verbinden der Durchgangslöcher 4c und der Durchgangslöcher 34 gebildeten Durchgangslöchern eingesetzt. Das Gehäuse 100 des Wechselrichters weist ein Innengewindeloch 52 auf, in dem auf dessen inneren Umfangsfläche ein Innengewinde ausgebildet ist. Durch Befestigen der Spitze der in das Durchgangsloch eingeführten Schraube 50, das durch Verbinden des Durchgangslochs 4c und des Durchgangslochs 34 mit dem Innengewindeloch 52 gebildet wird, wird die Halbleitervorrichtung 1 am Gehäuse 100 des Wechselrichters befestigt.
  • Da der Kühler 3 aus einem metallischen Material gefertigt ist, muss eine Kriechstrecke zwischen den Halbleitermodulen 2 und dem Kühler 3 sichergestellt werden. Genauer gesagt muss eine Kriechstrecke (in 2 durch das Bezugszeichen „D“ angegeben) zwischen den Hauptklemmen 11 bis 13, die vom isolierenden Dichtungsharz 5 freiliegen, und dem Kühler 3 sichergestellt werden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform erstrecken sich die Hauptklemmen 11 bis 13 bis zu den Seitenflächen auf der Seite der oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4. Die äußere umfängliche Endfläche des Abdeckelements 33 erstreckt sich zu den Seitenflächen auf der Seite der unteren Oberfläche 4a des Gehäuseelements 4. Um die Kriechstrecke D sicherzustellen, wird eine große Höhenabmessung des Gehäuseelements 4 (d.h. die Abmessung von der unteren Oberfläche 4a zur oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4) benötigt. Daher ist es schwierig, die gesamte Höhe der Halbleitervorrichtung im herkömmlichen Aufbau (der Aufbau, bei dem das Gehäuseelement auf der Deckplatte des Kühlers angeordnet ist) zu verringern, um die Kriechstrecke D zu sichern. Andererseits ist das Gehäuseelement 4 gemäß dieser Ausführungsform auf der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c angeordnet, der niedriger ist als die obere Oberfläche (erste Oberfläche 332) der Deckplatte 33a. Somit ist es einfach, eine reduzierte Gesamthöhe der Halbleitervorrichtung zu erreichen, selbst wenn das Gehäuseelement 4 eine große Höhenabmessung zum Sicherstellen der Kriechstrecke D aufweist.
  • Eine Montagefläche 106 des Gehäuses 100 des Wechselrichters, auf der die Halbleitervorrichtung 1 eingebaut wird, weist eine flache Oberfläche mit Nutabschnitten 108 und 110 auf, die in Draufsicht ringförmig sind. Der Nutabschnitt 108 ist so angeordnet, dass er eine Öffnung des einlassseitigen Fließwegs 102 in der Montagefläche 106 umgibt. Der Nutabschnitt 110 ist so angeordnet, dass er eine Öffnung des auslassseitigen Fließwegs 104 in der Montagefläche 106 umgibt.
  • Ein O-Ring 112 ist in jeden der Nutabschnitte 108 und 110 eingepasst. Die Halbleitervorrichtung 1 ist über die O-Ringe 112 an der Montagefläche 106 befestigt und wird mit den Schrauben 50, die in die Durchgangslöcher eingesetzt werden, die durch Verbinden der Durchgangslöcher 4c und der Durchgangslöcher 34 gebildet werden, am Gehäuse 100 befestigt. Hierbei ist zu beachten, dass die untere Oberfläche 311 der Bodenplatte 31 nach Befestigen des Gehäuses 100 mit der Montagefläche 106 in Berührung gebracht wird. Die Abdichtung zwischen der installierten Oberfläche 106 und der unteren Oberfläche 311 wird durch den O-Ring 112 erreicht.
  • Wenn die Halbleitervorrichtung 1 mit den Schrauben 50 am Gehäuse 100 befestigt wird, kann die Bodenplatte 31 der Reaktionskraft des O-Rings 112 nicht standhalten und verformt werden, da die Bodenplatte 31 eine geringe Steifigkeit aufweist, wenn die Bodenplatte 31 zu dünn ist. Wenn die Bodenplatte 31 verformt wird, kann die Abdichtung zwischen der Montagefläche 106 und der unteren Oberfläche 311 der Bodenplatte 31 nicht sichergestellt werden. Um diese Art der Verformung zu verhindern, ist die Plattendicke der Bodenplatte 31 vorzugsweise gleich groß wie oder größer als 2 mm. Um zu verhindern, dass die Abdichtung aufgrund der Verformung verloren geht, ist die Plattendicke der Bodenplatte 31 dicker als die Plattendicke des Abdeckelements 33. Die Plattendicke der Bodenplatte ist vorzugsweise gleich groß wie oder kleiner als 10 mm. Falls die Plattendicke der Bodenplatte 31 dicker als 10 mm ist, ist die gesamte Dicke der Halbleitervorrichtung 1 groß und das gesamte Gewicht ist ebenfalls hoch, was nicht wünschenswert ist.
  • Wie in 3 und 4 dargestellt, weist der Kühler 3 ein Paar Durchgangslöcher 35 auf, die sich in Z-Richtung erstrecken. Jedes der Durchgangslöcher 35 ist ein durch Verbinden eines Durchgangslochs 31d in der Bodenplatte 31 und eines Durchgangslochs 336 im plattenförmigen Abschnitt 33c gebildetes Durchgangsloch. 6 zeigt eine Schnittansicht eines Teilaufbaus (Aufbau mit dem Durchgangsloch 35) der Halbleitervorrichtung 1. Der Einfachheit halber zeigt 6 auch einen Querschnitt des Gehäuses 100 des Wechselrichters, in den die Halbleitervorrichtung 1 eingebaut werden soll.
  • Wie in 6 dargestellt, weist die untere Oberfläche 4a des Gehäuseelements 4 Vorsprünge 4d auf, die in negativer Z-Richtung auskragen. Jeder der Vorsprünge 4d ist an einer Position angeordnet, die jedem des Paares von Durchgangslöchern 35 in Draufsicht entspricht. Jeder der Vorsprünge 4d ist in das entsprechende Durchgangsloch 35 eingebracht. Wenn die beiden Vorsprünge 4d in die entsprechenden Durchgangslöcher 35 eingesetzt sind, werden die Positionen des Gehäuseelements 4 in X- und Y-Richtung in Bezug auf den Kühler 3 bestimmt.
  • Die eingebaute Oberfläche 106 des Gehäuses 100 umfasst konkave Abschnitte 114. Dieses konkaven Abschnitte 114 sind an Positionen angeordnet, die dem Paar Vorsprünge 4d entsprechen. Eine Spitze des in das Durchgangsloch 35 eingesetzten Vorsprungs 4d wird in den konkaven Abschnitt 114 eingesetzt. Somit werden die Positionen in X-Richtung und Y-Richtung der Halbleitervorrichtung 1 in Bezug auf die Montagefläche 106 bestimmt.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, das Gehäuseelement 4 auf der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c angeordnet, der in der Höhenposition niedriger ist als die obere Oberfläche (erste Oberfläche 332) der Deckplatte 33a, die die oberste Oberfläche des Abdeckelements 33 ist, so dass die Halbleitervorrichtung 1 eine geringere Höhe haben kann.
  • Nachdem beschrieben wurde, dass gemäß der vorgenannten Ausführungsform das Isoliersubstrat 6 und das Halbleiterelement 7 so gestaltet sind, dass sie in Draufsicht eine rechteckige Form haben, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Bestandteile können in Draufsicht eine von der rechteckigen Form verschiedene vieleckige Form aufweisen.
  • Nach der Beschreibung des Aufbaus, bei dem drei Einheitsmodule in X-Richtung in Reihenfolge einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase gemäß der vorgenannten Ausführungsform ausgerichtet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Anzahl ausgerichteter Einheitsmodule und die Richtung der Ausrichtung kann wie benötigt geändert werden.
  • 7 ist eine Schnittansicht, die einen inneren Aufbau einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß Abwandlungsbeispiel 1 der vorgenannten Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 1 gemäß Abwandlungsbeispiel 1 hat einen in Draufsicht in der Mitte der Bodenplatte 31 angeordneten rechteckigen Bereich 312, der eine Oberfläche bildet, die in negativer Z-Richtung in Bezug auf den umfänglichen Randbereich 313 in Draufsicht vertieft ist, der in Draufsicht am äußeren Umfang des rechteckigen Bereichs 312 angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Bodenplatte 31 umfasst einen mittigen Bereich der oberen Oberfläche (den in Draufsicht rechteckigen Bereich 312), der eine Form aufweist, die in Richtung weg von der Wärmeableitungsoberfläche 331 in Bezug auf einen umfänglichen Randbereich der oberen Oberfläche (den in Draufsicht umfänglichen Randbereich 313) auskragt, anstelle einer flachen Platte wie in der vorgenannten Ausführungsform. Ferner haben die Lamellen 32 gemäß Abwandlungsbeispiel 1 eine Form, die sich von der Wärmeableitungsoberfläche 331 der oberen Platte 33a bis zu dem in Draufsicht rechteckigen Bereich 312 erstreckt, der in Bezug auf den in Draufsicht umfänglichen Randbereich 313 weiter vertieft ist. Mit anderen Worten, gemäß Abwandlungsbeispiel 1 wird die Wärmeabgabeleistung des Kühlers 3 im Vergleich zur vorgenannten Ausführungsform weiter verbessert, da die gesamte Länge der Lamellen 32 in Z-Richtung lang ist und eine große Oberfläche der Lamellen 32 sichergestellt wird.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die einen inneren Aufbau einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß Abwandlungsbeispiel 2 der vorgenannten Ausführungsform zeigt. Gemäß Abwandlungsbeispiel 2 weist das Gehäuseelement 4 einen Auskragungsabschnitt 4e (Schürzenabschnitt) auf, der in negativer Z-Richtung von der unteren Oberfläche 4a des Gehäuseelements 4 (der Oberfläche zum Verkleben mit der oberen Oberfläche (zweite Oberfläche 333) des plattenförmigen Abschnitts 33c) über den gesamten Umfang der Seitenflächen des Gehäuseelements 4 auskragt.
  • Der Auskragungsabschnitt 4e bedeckt zumindest eine teilweise äußere umfängliche Endfläche nah am Gehäuseelement 4 der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers 3 über den gesamten Umfang der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers 3. Genauer gesagt, eine wesentliche obere Hälfte der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers 3, die unmittelbar unter dem Gehäuseelement 4 freiliegt, wird vom Auskragungsabschnitt 4e des Gehäuseelements 4 bedeckt, der ein Harzelement ist. Wie in 8 gezeigt, erstreckt sich die Kriechstrecke D von der oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4, an der die Hauptklemmen 11 bis 13 angeordnet sind, bis zur äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers 3, die nicht durch den (nach außen hin freiliegenden) Auskragungsabschnitt 4e abgedeckt ist, über die untere Fläche 4a des Gehäuseelements 4 hinaus.
  • Mit anderen Worten, wird gemäß Abwandlungsbeispiel 2 eine längere Kriechstrecke D als bei der vorgenannten Ausführungsform erreicht. Damit wird der Einsatz in einer Hochspannungsvorrichtung ermöglicht, die eine lange Kriechstrecke D benötigt. Wenn die Kriechstrecke D so konfiguriert ist, dass sie derjenigen der vorgenannten Ausführungsform entspricht, kann die Höhenabmessung des Gehäuseelements 4 (d.h. die Abmessung von der unteren Oberfläche 4a zur oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4) verringert werden, und die Gesamthöhe der Halbleitervorrichtung 1 kann im Vergleich zur vorgenannten Ausführungsform weiter reduziert werden.
  • 9 ist eine Schnittansicht, die einen inneren Aufbau einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß Abwandlungsbeispiel 3 der vorgenannten Ausführungsform zeigt. Gemäß Abwandlungsbeispiel 3 haben die Hauptklemmen 11 bis 13 ein Ende, das im Dichtungsharz 5 versiegelt ist und elektrisch mit dem Halbleiterelement 7 verbunden ist und sich linear in Y-Richtung durch das Gehäuseelement 4 erstreckt, und die anderen Enden, die sich von den Seitenflächen des Gehäuseelements 4 nach außen erstrecken. Ein Mittelteil zwischen den einen Enden und den anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 ist durch Spritzgießen im Gehäuseelement 4 eingebettet. Auf diese Weise haben die Hauptklemmen 11 bis 13 gemäß Abwandlungsbeispiel 3 von den einen Enden zu den anderen Enden eine einfache lineare Form ohne ein Biegeteil, was vorteilhaft für das Reduzieren der Arbeitsstunden bei der Herstellung und der Herstellungskosten ist.
  • 10 ist eine Schnittansicht, die einen inneren Aufbau einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß Abwandlungsbeispiel 4 der vorgenannten Ausführungsform zeigt. Gemäß Abwandlungsbeispiel 4 haben die Hauptklemmen 11 bis 13 eine lineare Form wie in Abwandlungsbeispiel 3. Hier, im Abwandlungsbeispiel 3, hat das Gehäuseelement 4 unmittelbar unter den anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 eine ausgehöhlte Form und ist nicht zwischen dem Abdeckelement 33 und den anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13 angeordnet. Im Abwandlungsbeispiel 3 ist die Kriechstrecke D also ein Abstand D1 von der zweiten Oberfläche 333 des Abdeckelements 33 zu den unteren Oberflächen der anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13. Andererseits hat das Gehäuseelement 4 des Abwandlungsbeispiels 4 einen äußeren Randabschnitt 4f unmittelbar unter den anderen Enden der Hauptklemmen 11 bis 13. Das Gehäuseelement 4 weist eine Form auf, die eine erste Seitenfläche 4g in einem inneren Teil von der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers 3 und den äußeren Randabschnitt 4f in einem äußeren Teil von der ersten Seitenfläche 4g unmittelbar unter dem anderen Ende der Hauptklemmen 11 bis 13 umfasst. Die Kriechstrecke D ist somit eine Distanz, die eine Summe des Abstands D1 oben und einer Abmessung D2 in Tiefenrichtung (Y-Richtung) des äußeren Randabschnitts 4f ist.
  • Mit anderen Worten, wird gemäß Abwandlungsbeispiel 4 eine längere Kriechstrecke D als beim Abwandlungsbeispiel 3 erreicht. Somit wird der Einsatz in einer Hochspannungsvorrichtung ermöglicht, die eine lange Kriechstrecke D benötigt. Wenn die Kriechstrecke D so konfiguriert ist, dass sie derjenigen des Abwandlungsbeispiels 3 entspricht, kann die Höhenabmessung des Gehäuseelements 4 (d.h. die Abmessung von der unteren Oberfläche 4a zur oberen Oberfläche 4b des Gehäuseelements 4) verringert werden, und die Gesamthöhe der Halbleitervorrichtung 1 kann im Vergleich zum Abwandlungsbeispiel 3 weiter reduziert werden.
  • Nach der Beschreibung der Ausführungsform und der Abwandlungsbeispiele können alle oder ein Teil der Ausführungsform und der Abwandlungsbeispiele zu anderen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Die Ausführungsformen sind nicht auf die oben genannten Beispiele beschränkt, sondern es können verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne vom Geist und Umfang der technischen Idee abzuweichen. Falls die technische Idee durch ein anderes Verfahren mit einem Fortschritt der Technologie oder einer davon abgeleiteten anderen Technologie realisiert werden kann, kann die technische Idee auch mit Hilfe des Verfahrens umgesetzt werden. Daher decken die Ansprüche alle Ausführungsformen ab, die in den Anwendungsbereich der technischen Idee einbezogen werden können.
  • Nachdem beispielsweise die Halbleitervorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben wurde, die das Gehäuseelement 4 mit der rechteckigen Rahmenform, die in ihrer Mitte offen ist, und das in das Gehäuseelement 4 eingefüllte Dichtungsharz 5 umfasst, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Gehäuseelement 4 kann in das Dichtungsharz 5 integriert sein. Hier werden die Komponenten des Halbleitermoduls 2 unter Verwendung eines Gießharzes und einer Gießform geformt, um die Halbleitervorrichtung 1 herzustellen.
  • Wesentliche Eigenschaften gemäß den vorgenannten Ausführungsformen werden unten zusammengefasst.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform umfasst einen Kühler mit einer Bodenplatte, eine Vielzahl von auf der Bodenplatte angeordneten Lamellen, und ein Abdeckelement, das die Vielzahl von Lamellen bedeckt, wobei das Abdeckelement eine Wärmeableitungsoberfläche gegenüber der Bodenplatte aufweist mit der Vielzahl von Lamellen dazwischen, wobei der Kühler einen Fließweg für ein Kühlmittel aufweist, der durch einen Raum gebildet wird, welcher durch die Bodenplatte, die Vielzahl von Lamellen und das Abdeckelement umschlossen ist, ein Halbleiterelement, das über ein Isoliersubstrat auf einer ersten Oberfläche des Abdeckelements angeordnet ist, wobei die erste Oberfläche auf einer der Wärmeableitungsoberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist; und ein Isolierelement, das auf dem Kühler angeordnet ist und das Isoliersubstrat und das Halbleiterelement abdichtet. Das Abdeckelement weist einen plattenförmigen Abschnitt auf, der sich von einem Abschnitt, der die Vielzahl von Lamellen bedeckt, nach außen erstreckt, und der plattenförmige Abschnitt ist mit der Bodenplatte verklebt, der plattenförmige Abschnitt weist eine zweite Oberfläche auf, die zweite Oberfläche ist eine Oberfläche, die in Höhenposition niedriger angeordnet ist als die erste Oberfläche in Bezug auf eine Höhenrichtung, die von der Bodenplatte zur Wärmeableitungsoberfläche zeigt.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform umfasst ferner eine Anschlussklemme, die im Isolierelement angeordnet ist. Die Anschlussklemme weist ein Ende auf, das im Isolierelement abgedichtet ist und elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und ein anderes Ende aufweist, das sich von einer oberen Oberfläche oder einer Seitenfläche des Isolierelements nach außen erstreckt.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform umfasst ferner eine Anschlussklemme, die im Isolierelement angeordnet ist. Die Anschlussklemme weist ein Ende auf, das im Isolierelement abgedichtet ist und elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und ein anderes Ende mit einer Form aufweist, die sich von einer oberen Oberfläche des Isolierelements nach außen erstreckt und eine Seitenfläche des Isolierelements erreicht.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform umfasst ferner eine Anschlussklemme, die im Isolierelement angeordnet ist. Die Anschlussklemme weist ein Ende auf, das im Isolierelement abgedichtet ist und elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und ein anderes Ende mit einer Form aufweist, die sich von einer Seitenfläche des Isolierelements nach außen erstreckt und sich geradlinig vom einen Ende zum anderen Ende erstreckt.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform weist die Bodenplatte eine Plattendicke auf, die dicker als eine Plattendicke des Abdeckelements ist.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist die Plattendicke der Bodenplatte gleich groß wie oder größer als 2 mm.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist die Plattendicke des Abdeckelements gleich groß wie oder größer als 0,5 mm und kleiner als 2 mm.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist ein Unterschied in Höhenposition zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche gleich groß wie oder größer als 3 mm und gleich groß wie oder kleiner als 20 mm.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform sind eine untere Oberfläche des Isolierelements und die zweite Oberfläche des Abdeckelements mit einem Klebstoff verklebt.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist auf einer unteren Oberfläche des Isolierelements ein Vorsprung angeordnet, und die Bodenplatte und der plattenförmige Abschnitt weisen ein Loch auf, durch das der Vorsprung eingebracht wird.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform sind die Bodenplatte und die Vielzahl von Lamellen fest verbunden.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform sind das Abdeckelement und die Vielzahl von Lamellen fest verbunden.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform weist das Isolierelement ein rahmenförmiges Gehäuseelement auf, welches das Isoliersubstrat und das Halbleiterelement umgibt, und ein Dichtungsharz, welches das Isoliersubstrat, das Halbleiterelement und die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des Abdeckelement in einem inneren Teil des Gehäuseelements abdichtet.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist die Vielzahl von Lamellen in einem mittigen Abschnitt auf einer oberen Oberfläche der Bodenplatte angeordnet, und der plattenförmige Abschnitt weist eine Oberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Oberfläche auf, wobei die Oberfläche an einen Umfangsrandabschnitt der oberen Oberfläche hartgelötet ist, der den mittigen Abschnitt der oberen Oberfläche der Bodenplatte umgibt.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform weist die Bodenplatte den mittigen Abschnitt der oberen Oberfläche auf mit einer Form, die in einer Richtung weg von der Wärmeableitungsoberfläche in Bezug auf den Umfangsrandabschnitt der oberen Oberfläche auskragt.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform ist die Bodenplatte eine flache Platte.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform bauen eine äußere umfängliche Endfläche der Bodenplatte und eine äußere umfänglich Endfläche des plattenförmigen Abschnitts eine äußere umfänglich Endfläche des Kühlers auf, und sind die äußere umfänglich Endfläche des Kühlers und eine Seitenfläche des Isolierelements bündig zueinander.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform bauen eine äußere umfängliche Endfläche der Bodenplatte und eine äußere umfänglich Endfläche des plattenförmigen Abschnitts eine äußere umfänglich Endfläche des Kühlers auf, weist das Isolierelement einen Auskragungsabschnitt auf, der von einer mit der zweiten Oberfläche verklebten Oberfläche über einen gesamten Umfang einer Seitenfläche des Isolierelements auskragt, und bedeckt der Auskragungsabschnitt zumindest eine teilweise äußere umfängliche Endfläche nah am Isolierelement der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers über einen gesamten Umfang der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorgenannten Ausführungsform bauen eine äußere umfängliche Endfläche der Bodenplatte und eine äußere umfänglich Endfläche des plattenförmigen Abschnitts eine äußere umfänglich Endfläche des Kühlers auf, und weist das Isolierelement eine Form auf, die eine erste Seitenfläche in einem inneren Teil der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers und einen äußeren Randabschnitt in einem äußeren Teil von der ersten Seitenfläche unmittelbar unter der Anschlussklemme umfasst.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben hat die vorliegende Erfindung eine Wirkung, dass eine Vorrichtung eine geringere Höhe aufweisen kann und ist besonders nützlich für eine Halbleitervorrichtung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitervorrichtung
    2
    Halbleitermodul
    3
    Kühler
    4
    Gehäuseelement
    4d
    Vorsprung
    5
    Dichtungsharz
    6
    Isoliersubstrat
    6a
    Wärmeableitungsplatte
    6b
    Isolierplatte
    6c
    Leiterplatte
    7
    Halbleiterelement
    8
    metallische Verdrahtungsplatte
    9
    Mutternhalter
    10
    Steuerklemme
    11
    P-Klemme
    12
    N-Klemme
    13
    M-Klemme
    14
    Mutter
    15
    Schraube
    31
    Bodenplatte
    31a
    Einlassabschnitt
    31b
    Auslassabschnitt
    32
    Lamelle
    33
    Abdeckelement
    33a
    Deckplatte
    33b
    umfänglicher Wandabschnitt
    33c
    plattenförmiger Abschnitt
    100
    Gehäuse
    102
    einlassseitiger Fließweg
    104
    auslassseitiger Fließweg
    108, 110
    Nutabschnitt
    112
    O-Ring
    114
    konkaver Abschnitt
  • 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 2012049167 [0003, 0004]

Claims (19)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Kühler mit einer Bodenplatte, eine Vielzahl von auf der Bodenplatte angeordneten Lamellen, und ein Abdeckelement, das die Vielzahl von Lamellen bedeckt, wobei das Abdeckelement eine Wärmeableitungsoberfläche gegenüber der Bodenplatte aufweist mit der Vielzahl von Lamellen dazwischen, wobei der Kühler einen Fließweg für ein Kühlmittel aufweist, der durch einen Raum gebildet wird, welcher durch die Bodenplatte, die Vielzahl von Lamellen und das Abdeckelement umschlossen ist; ein Halbleiterelement, das über ein Isoliersubstrat auf einer ersten Oberfläche des Abdeckelements angeordnet ist, wobei die erste Oberfläche auf einer der Wärmeableitungsoberfläche gegenüberliegenden Seite angeordnet ist; und ein Isolierelement, das auf dem Kühler angeordnet ist und das Isoliersubstrat und das Halbleiterelement abdichtet, wobei das Abdeckelement einen plattenförmigen Abschnitt aufweist, der sich von einem Abschnitt, der die Vielzahl von Lamellen bedeckt, nach außen erstreckt, und wobei der plattenförmige Abschnitt mit der Bodenplatte verklebt ist, der plattenförmige Abschnitt eine zweite Oberfläche aufweist, das Isolierelement auf die zweite Oberfläche geklebt ist, und die zweite Oberfläche eine Oberfläche ist, die in Höhenposition niedriger angeordnet ist als die erste Oberfläche in Bezug auf eine Höhenrichtung, die von der Bodenplatte zur Wärmeableitungsoberfläche zeigt.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anschlussklemme, die im Isolierelement angeordnet ist, wobei die Anschlussklemme ein Ende aufweist, das im Isolierelement abgedichtet ist und elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und ein anderes Ende aufweist, das sich von einer oberen Oberfläche oder einer Seitenfläche des Isolierelements nach außen erstreckt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anschlussklemme, die im Isolierelement angeordnet ist, wobei die Anschlussklemme ein Ende aufweist, das im Isolierelement abgedichtet ist und elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und ein anderes Ende mit einer Form aufweist, die sich von einer oberen Oberfläche des Isolierelements nach außen erstreckt und eine Seitenfläche des Isolierelements erreicht.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anschlussklemme, die im Isolierelement angeordnet ist, wobei die Anschlussklemme ein Ende aufweist, das im Isolierelement abgedichtet ist und elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, und ein anderes Ende mit einer Form aufweist, die sich von einer Seitenfläche des Isolierelements nach außen erstreckt und sich geradlinig vom einen Ende zum anderen Ende erstreckt.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bodenplatte eine Plattendicke aufweist, die dicker als eine Plattendicke des Abdeckelements ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Plattendicke der Bodenplatte gleich groß wie oder größer als 2 mm ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Plattendicke des Abdeckelements gleich groß wie oder größer als 0,5 mm und kleiner als 2 mm ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Unterschied in Höhenposition zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche gleich groß wie oder größer als 3 mm und gleich groß wie oder kleiner als 20 mm ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine untere Oberfläche des Isolierelements und die zweite Oberfläche des Abdeckelements mit einem Klebstoff verklebt sind.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei auf einer unteren Oberfläche des Isolierelements ein Vorsprung angeordnet ist, und die Bodenplatte und der plattenförmige Abschnitt ein Loch aufweisen, durch das der Vorsprung eingebracht wird.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Bodenplatte und die Vielzahl von Lamellen fest verbunden sind.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Abdeckelement und die Vielzahl von Lamellen fest verbunden sind.
  13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Isolierelement ein rahmenförmiges Gehäuseelement aufweist, welches das Isoliersubstrat und das Halbleiterelement umgibt, und ein Dichtungsharz, welches das Isoliersubstrat, das Halbleiterelement und die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche des Abdeckelement in einem inneren Teil des Gehäuseelements abdichtet.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vielzahl von Lamellen in einem mittigen Abschnitt auf einer oberen Oberfläche der Bodenplatte angeordnet ist, und der plattenförmige Abschnitt eine Oberfläche auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Oberfläche aufweist, wobei die Oberfläche an einen Umfangsrandabschnitt der oberen Oberfläche hartgelötet ist, der den mittigen Abschnitt der oberen Oberfläche der Bodenplatte umgibt.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Bodenplatte den mittigen Abschnitt der oberen Oberfläche aufweist mit einer Form, die in einer Richtung weg von der Wärmeableitungsoberfläche in Bezug auf den Umfangsrandabschnitt der oberen Oberfläche auskragt.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Bodenplatte eine flache Platte ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine äußere umfängliche Endfläche der Bodenplatte und eine äußere umfänglich Endfläche des plattenförmigen Abschnitts eine äußere umfänglich Endfläche des Kühlers aufbauen, und die äußere umfänglich Endfläche des Kühlers und eine Seitenfläche des Isolierelements bündig zueinander sind.
  18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei eine äußere umfängliche Endfläche der Bodenplatte und eine äußere umfänglich Endfläche des plattenförmigen Abschnitts eine äußere umfänglich Endfläche des Kühlers aufbauen, das Isolierelement einen Auskragungsabschnitt aufweist, der von einer mit der zweiten Oberfläche verklebten Oberfläche über einen gesamten Umfang einer Seitenfläche des Isolierelements auskragt, und der Auskragungsabschnitt zumindest eine teilweise äußere umfängliche Endfläche nah am Isolierelement der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers über einen gesamten Umfang der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers bedeckt.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18 mit Bezug auf Anspruch 2, wobei eine äußere umfängliche Endfläche der Bodenplatte und eine äußere umfänglich Endfläche des plattenförmigen Abschnitts eine äußere umfänglich Endfläche des Kühlers aufbauen, und das Isolierelement eine Form aufweist, die eine erste Seitenfläche in einem inneren Teil der äußeren umfänglichen Endfläche des Kühlers und einen äußeren Randabschnitt in einem äußeren Teil von der ersten Seitenfläche unmittelbar unter der Anschlussklemme umfasst.
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