DE112008000446T5 - Halbleitermodule und Wechselrichtervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitermodul mit
einer Basisplatte,
einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Fläche der Basisplatte montiert und jeweils mit einem Schaltelement, einem Diodenelemente und einem Verbindungsanschlussbereich versehen sind, und
Kühlmittelflusspfaden, die bereitgestellt sind, um mit der anderen Fläche der Basisplatte in Kontakt zu sein, wobei
ein Parallelflussbildungsmittel vorgesehen ist, das parallele Kühlmittelflüsse in einer vorgeschriebenen Richtung in den Kühlmittelflusspfaden bildet,
auf jedem der Substrate das Schaltelement und das Diodenelement in Serie in der Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, das Schaltelement und der Verbindungsanschlussbereich an Positionen angeordnet sind, die in der senkrechten Richtung bezüglich der Kühlmittelflussrichtung unterschiedlich sind; und
ein Paar von Substraten, das die Mehrzahl von Substraten bildet, in Serie in Kühlmittelflussrichtung angeordnet ist, und auf einem Substrat, das Schaltelement auf einer Seite in senkrechter Richtung angeordnet ist, und auf dem anderen Substrat die Verbindungsanschlussbereiche auf der einen Seite in der senkrechten Richtung angeordnet sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Halbleitermodule, die bereitgestellt sind mit einer Basisplatte, einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Oberfläche der Basisplatte montiert und jeweils versehen sind mit einem Schaltelement, einem Diodenelement und einem Verbindungsanschlussbereich, und mit Kühlflusspfaden, die derart bereitgestellt sind, dass sie in Kontakt mit der anderen Oberfläche der Basisplatte sind, und betrifft ferner Wechselrichtervorrichtungen.
  • Hintergrundtechnik
  • In einer Wechselrichterschaltung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine mit einer großen Ausgangsleistung, beispielsweise derartige, die in einem Hybridfahrzeug oder einem elektrischen Fahrzeug verwendet werden, erzeugen Halbleitermodule, die mit Schalterelementen bereitgestellt sind, die Wechselrichterschaltungen bilden, eine große Wärmemenge und erfordern ferner ein Reduzieren der Größe. Um dies zu erhalten wird häufig ein wassergekühltes System als eine Kühlstruktur für die Halbleitermodule verwendet. Als ein Beispiel einer Struktur für ein derartiges wassergekühltes System offenbart die japanische Patentanmeldung JP-A-2004-349324 (Seiten 6 und 7, und 5) die Struktur, die in den 15A, 15B und 15C gezeigt ist. In dieser Figur ist 15A eine Draufsicht, 15B eine Seitenansicht und 15C eine Frontansicht. Das Halbleitermodul 101, das in dieser Figur gezeigt ist, ist bereitgestellt mit einer Basisplatte 102, die streifenförmige Lamellen 103 aufweist, die auf ihrer Rückseite gebildet sind, und mit sechs Substraten 104, die auf Ihrer oberen Seite montiert sind. Zusätzlich ist auf der unteren Seite der Basisplatte 102 eine Wasserpfadabdeckung (nicht gezeigt) bereitgestellt, derart, um mit der Bodenfläche der Lamelle 103 (die Oberfläche unterhalb der Lamellen 103 in 15B) in Kontakt zu sein, und dadurch werden jeweilige Wasserflusspfade 105 zwischen der Mehrzahl von Lamellen 103 gebildet. Folglich ist in diesem Halbleitermodul 101 die Kühlmittelflussrichtung D in der Längsrichtung (die Links- nach Rechtsrichtung in 15) der Basisplatte 102. Zusätzlich sind die sechs Substrate 104, die auf der Basisplatte 102 montiert sind, in einer Reihe in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet.
  • Zusätzlich sind zwei Elemente, also IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor = Bipolare Transistoren mit isoliertem Gate-Anschluss), die als Schaltelemente 106 dienen, und Diodenelemente 107 auf jedem Substrat 104 angeordnet. Zusätzlich sind Verbindungsanschlussbereiche 108, wo das Drahtbonden für ein elektrisches Verbinden der Elemente 106 und 107 auf jedem der Substrate 104 mit einem Steuersubstrat (nicht gezeigt) erfolgt, benachbart zu jedem der Substrate 104 angeordnete Punkte. Zusätzlich sind auf diesen Substraten 104 eines von jeweils zwei Schaltelementen 106 und zwei Diodenelementen 107 angeordnet, um abwechselnd Seite an Seite in Richtung senkrecht zu der Kühlmittelflussrichtung D angeordnet zu sein. Zusätzlich sind Verbindungsanschlussbereiche 108 auf den Seiten vorgesehen, die den Seiten gegenüberliegen, an denen ein Paar von Substraten 104A und 104B in Kühlmittelflussrichtung D sich gegenüberliegen.
    • [Patentdokumente 1] Japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-2004-349324 (Seiten 6 und 7, und 5).
  • Offenbarung der Erfindung
  • In der Struktur der Halbleitermodule, die in den oben beschriebenen 15A, 15B und 15C gezeigt sind, sind alle sechs Substrate 104 in Serie in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet. Folglich wird eine Struktur verwendet, bei der der Fluss des gleichen Kühlmittels, das durch jeden der Kühlmittelflusspfade 105, die zwischen der Mehrzahl von Lamellen 103 gebildet werden, fließt, der Reihe nach eine Mehrzahl (zumindest drei) von Schaltelementen 106 kühlt. Folglich gibt es ein Problem dahingehend, dass die Temperatur des Kühlmittels, das durch jeden der Kühlmittelflusspfade 105 fließt, allmählich zunimmt, und die Kühleffizienz für die Schaltelemente 106 auf der Stromabwärtsseite abnimmt.
  • Darüber hinaus offenbart das Patentdokument 1 nur eine Struktur, bei der die Schaltelemente 106 und die Diodenelemente 107 auf jedem der Substrate 104 derart angeordnet sind, dass sie abwechselnd in Richtung senkrecht zu der Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, während eine Struktur, bei der die Schaltelemente 106 und die Diodenelemente 107 jedes der Substrate 104 in Serie in Flussrichtung des Kühlmittels angeordnet sind, nicht offenbart wird. Darüber hinaus sind bezüglich der Strukturen, bei der die Schaltelemente 106 und die Diodenelemente 107 jedes der Substrate 104 der Halbleitermodule in Serie in Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, üblicherweise eine Kühlstruktur für einen entsprechendes Kühlen von jedem der Elemente 106 und 107 unbekannt.
  • In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme bezüglich einer Struktur, bei der die Schaltelemente und die Diodenelemente auf einer Mehrzahl von Substraten in Serie in Flussrichtung eines Kühlmittels angeordnet sind, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Substrat, ein Halbleitermodul, zu präsentieren, das mit einem Aufbau versehen ist, bei dem alle Schaltelemente eines Substrats entsprechend gekühlt werden können, und eine Wechselrichtervorrichtung zu präsentieren.
  • Der Aufbau des Halbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe, das bereitgestellt ist mit einer Basisplatte, einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Oberfläche der Basisplatte montiert und jeweils mit einem Schaltelement, einem Diodenelement und einem Verbindungsanschlussbereich bereitgestellt sind, und mit Kühlmittelflusspfaden, die derart bereitgestellt sind, dass sie mit der anderen Oberfläche der Basisplatten in Kontakt sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Parallelflussbildungsmittel vorgesehen ist, das parallele Kühlmittelflüsse in vorgeschriebener Richtung in den Kühlmittelpfaden bildet; auf jedem der Substrate Schaltelemente und Diodenelemente in Serie in Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, die Schaltelemente und die Verbindungsanschlusselemente an Positionen angeordnet sind, die in senkrechter Richtung bezüglich der Kühlmittelflussrichtung verschieden; ein Paar von Substraten, das die Mehrzahl von Substraten bildet, in Serie in Kühlmittelflussrichtung angeordnet ist; und auf einem Substrat die Schaltelemente auf einer Seite in der senkrechten Richtung angeordnet sind, und auf dem anderen Substrat sind die Anschlussverbindungsbereiche auf der einen Seite in der senkrechten Richtung angeordnet sind.
  • Gemäß diesem charakteristischem Aufbau, sind in einem Aufbau, bei dem die Schaltelemente und die Diodenelemente der jeweiligen Substrate die auf einer Oberfläche einer Basisplatte montiert sind, in Serie in der Kühlmittelflussrichtung in Kühlmittelflusspfaden angeordnet sind, die auf der anderen Oberfläche der Basisplatte bereitgestellt sind, die Schaltelemente auf einem Paar von Substraten, die ähnlich in Serie in der Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, derart angeordnet, dass sie an Positionen angeordnet sind, die im Wesentlichen in senkrechter Richtung zu der Kühlmittelflussrichtung verschieden sind. Bei einer Betrachtung entlang des parallelen Kühlmittelflusses in den Kühlmittelflusspfaden kann eine Struktur verwendet werden, bei der grundsätzlich der gleiche Kühlmittelfluss nur das Schaltelement von einem von dem Paar von Substraten kühlt. Folglich ist es möglich, beide Schaltelemente auf dem Paar von Substraten geeignet zu kühlen. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Reduktion der Kühlleistung für die Schaltelemente auf der Stromabwärtsseite zu unterdrücken, die auf Grund einer Struktur auftritt, bei der der gleiche Kühlmittelfluss, der eine Temperatur aufweist, die, auf Grund des Kühlens des Schaltelements von einem Substrat auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmittelflussrichtung angestiegen ist, weiter die Schaltelemente auf dem anderen Substrat auf der Stromabwärtsseite kühlt. Folglich ist es möglich, entsprechend die Schaltelemente auf allen Substraten zu kühlen, die auf der einen Oberfläche der Basisplatte montiert sind. Man beachte, dass ein Paar von Substraten durch zwei Substrate aufgebaut ist, die ein Paar bilden, zumindest aus Sicht der Kühlmittelstruktur.
  • Vorzugsweise hat ein Paar von Substraten einen identischen Aufbau und ist punktsymmetrisch angeordnet.
  • Gemäß diesem Aufbau, wie oben beschrieben, sind die Schaltelemente eines Paars von Substraten, die in Serie in Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, an Positionen angeordnet, die im Wesentlichen in senkrechter Richtung bezüglich der Kühlmittelflussrichtung verschieden sind, und für das Paar von Substraten ist es möglich, sich die gleiche Struktur zu teilen. Folglich ist es nicht notwendig eine Mehrzahl von Typen von Substraten zu verwenden, bei denen die Anordnungen der Elemente und dergleichen verschieden sind, und es ist möglich, einen Anstieg der Herstellungskosten der Halbleitermodule zu vermeiden, da die Schaltelemente in einem Paar von Substraten, die in Serie in Kühlmittelflussrichtung positioniert sind, an Positionen angeordnet sind, die in senkrechter Richtung bezüglich der Kühlmittelflussrichtung verschieden sind.
  • Zusätzlich ist vorzugsweise eines oder sind beide der Diodenelemente des Paars von Substraten näher zu der anderen Substratseite hin positioniert, als die Schaltelemente von jedem der Substrate.
  • Gemäß diesem Aufbau sind zwei Schaltelemente, die auf dem Paar von Substraten vorhanden sind, derart angeordnet, dass die Diodenelemente auf mindestens einem Substrat in Kühlmittelflussrichtung dazwischen vorgesehen werden. Folglich können die Schaltelemente, die die meiste Wärme erzeugen, an Positionen angeordnet werden, die voneinander zwischen einem Paar von Substraten getrennt sind. Es ist möglich das Auftreten einer thermischen Interferenz auf der Basisplatte auf Grund der Wärme, die von den Schaltelementen auf dem Paar von Substraten übertragen wird, zu vermeiden. Folglich ist es möglich, die Schaltelemente auf allen Substraten geeignet zu kühlen.
  • Darüber hinaus ist das Parallelflussbildungsmittel vorzugsweise als eine Mehrzahl von Lamellen ausgebildet, die parallel zueinander entlang der anderen Fläche der Basisplatte angeordnet sind.
  • Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, Kühlmittelflüsse parallel zu einer Richtung entlang der Mehrzahl von Lamellen in den Kühlmittelflusspfaden geeignet zu bilden. Darüber hinaus, da durch das Bereitstellen der Mehrzahl von Lamellen der Oberflächenbereich der Kühlmittelflusspfade aufgeweitet wird, ist es möglich, die Wärme, die von den Substraten zu der Basisplatte übertragen wird, effizient abzustrahlen.
  • Darüber hinaus wird vorzugsweise ein Temperaturdetektiermittel verwendet, das für die Schaltelemente der Substrate, die stromabwärts in Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, bereitgestellt ist, und die Temperaturdetektion für das Temperaturmanagement der Schaltelemente von beiden von dem Paar von Substraten wird durchgeführt.
  • Gemäß diesem Aufbau ist es möglich das Temperaturdetektiermittel für die Schaltelemente der Substrate wegzulassen, die auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind. Folglich ist es möglich, die Struktur des Temperaturdetektiermittels zu vereinfachen, und es ist möglich, die Herstellungskosten der Halbleitermodule zu reduzieren. Darüber hinaus steigt normalerweise die Temperatur des Kühlmittels auf der Stromabwärtsseite stärker an, als auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung, und folglich besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Schaltelemente der Substrate, die auf der Stromabwärtsseite angeordnet sind, eine höhere Temperatur haben, als die Schaltelemente der Substrate, die auf der Stromaufwärtsseite angeordnet sind. Selbst wenn die Temperaturkontrolle durchgeführt wird, indem nur die Temperaturdetektionsergebnisse der Schaltelemente der Substrate verwendet werden, die auf der Stromabwärtsseite angeordnet sind, besteht folglich kein Problem darin, dass die Temperatur der Schaltelemente der Substrate, die auf der Stromaufwärtsseite angeordnet sind, einen vorgeschriebenen Sicherheitsbetriebstemperaturbereich überschreitet.
  • Darüber hinaus ist vorzugsweise das Paar von Substraten mit einem von einem Paar von unteren Armschaltelementen und oberen Armschaltelementen bereitgestellt.
  • Gemäß diesem Aufbau werden Halbleitermodule, die mit Paaren von Substraten bereitgestellt sind, alleine oder in mehrfacher Kombination verwendet, und es ist möglich, diese in Chopper-Schaltungen (Zerhacker-Schaltungen) oder Inverterschaltungen oder dergleichen zu verwenden.
  • Darüber hinaus werden vorzugsweise Temperaturdetektiermittel verwendet, die auf den unteren Armschaltelementen, die mit Masse verbunden sind, montiert sind, und eine Temperaturdetektion wird durchgeführt für die Temperaturkontrolle von beiden Schaltelementen des Paars von Substraten.
  • Gemäß diesem Aufbau ist es möglich das Temperaturdetektiermittel basierend auf dem elektrischen Potential der Masse zu bilden. Folglich ist es möglich die Struktur zu vereinfachen im Vergleich zu einem Temperaturdetektiermittel, das auf dem elektrischen Leistungsquellenpotential basiert, und es ist möglich, die Herstellungskosten der Halbleitermodule zu reduzieren.
  • Darüber hinaus werden vorzugsweise sechs Substrate auf einer Oberfläche der Basisplatte bereitgestellt, wobei jedes der sechs Substrate entweder die unteren Armschaltelemente oder oberen Armschaltelemente für jede Phase bildet, die eine Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasen-Wechselstrom bildet.
  • Gemäß diesem Aufbau sind alle Schaltelemente, die die Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasen-Wechselstrom bilden, integriert ausgebildet auf der Basisplatte, und folglich ist es möglich, eine kleine und leichte Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasen-Wechselstrom zu bilden, indem dieses Halbleitermodul verwendet wird.
  • Darüber hinaus wird vorzugsweise eine Wechselrichtervorrichtung durch die Halbleitermodule gebildet, die die Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasen-Wechselstrom bilden, wie oben beschrieben.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Draufsicht, die die Struktur der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II in 1.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie III-III in 1.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in 2
  • 5 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Halbleitermoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Schaltdiagramm der Wechselrichterschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine Draufsicht, die den Gesamtaufbau des Halbleitermoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie VIII-VIII in 7.
  • 9 ist eine Draufsicht des Aufbaus der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine Draufsicht, die den Aufbau der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine Draufsicht, die den Aufbau der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist eine Draufsicht, die den Aufbau der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem zwei Halbleitermodule, die unterschiedliche Wärmeerzeugungsausmaße haben, in Serie in Flussrichtung des Kühlmittels angeordnet sind.
  • 14 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, mit der Anordnung von zwei Halbleitermodulen.
  • 15 ist eine Zeichnung, die den Aufbau eines Halbleitermoduls gemäß dem Stand der Technik zeigt.
  • Beste Ausführungsformen der Erfindung
  • 1. Erstes Ausführungsbeispiel
  • Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren erklärt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel erklärt, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein Halbleitermodul 1 angewendet wird, das als eine Wechselrichtervorrichtung dient, die eine Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasen-Wechselstrom bildet. Die 1 bis 8 sind Zeichnungen zur Erklärung des Aufbaus des Halbleitermoduls 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Man beachte, dass die 1 bis 5 Strukturen weglassen, die andere sind als die Substrate 3 oberhalb der Basisplatte 2.
  • Wie in diesen Figuren gezeigt ist das Halbleitermodul 1 mit einer Kühlstruktur bereitgestellt, die Kühlmittelflusspfade 7 enthält zur Durchführung des Kühlens insbesondere der Schaltelemente 4, die die größte Wärmeerzeugungsmenge haben, auf den Substraten 3, die auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 montiert sind. Darüber hinaus, wie in 6 gezeigt, bildet dieses Halbleitermodul 1 eine Wechselrichterschaltung 11 zur Ansteuerung der elektrischen Dreiphasen-Wechselstrommaschine 31. Wie in 1 gezeigt, wird folglich eine Struktur verwendet, bei der sechs Substrate 3, die jeweils mit den Schaltelementen 4 und den Diodenelementen 5 bereitgestellt sind, auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte montiert sind. Ferner, wie in den 7 und 8 gezeigt, ist in diesem Halbleitermodul 1 ein Gehäuse 41 auf der Basisplatte 2 montiert, um die sechs Substrate 3 zu umschließen, und ein Steuersubstrat 9 zur Durchführung der Betriebssteuerung der Schaltelemente 4 jedes Substrats 3 wird durch dieses Gehäuse 41 getragen. Im Folgenden wird der Aufbau von jedem der Bereiche des Halbleitermoduls 1 im Einzelnen erklärt.
  • 1-1 Kühlstruktur für Substrate
  • Zuerst wird die Kühlstruktur für die Substrate 3 in dem Halbleitermodul 1 unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 erklärt. Wie in 1 gezeigt, ist dieses Halbleitermodul 1 bereitgestellt mit einer Basisplatte 2, sechs Substraten 3, die auf der oberen Fläche 2A dieser Basisplatte 2 montiert sind, und Kühlmittelflusspfade 7, die derart bereitgestellt sind, dass sie mit der unteren Seite 2B der Basisplatte 2 in Kontakt sind. In diesem Fall wird eine Mehrzahl von Lamellen 8 verwendet, die als ein Parallelflussbildungsmittel dienen, das parallele Kühlmittelflüsse in vorgeschriebener Richtung innerhalb der Kühlmittelflusspfade 7 bildet. Wie in den 2 bis 5 gezeigt, ist die Mehrzahl von Lamellen 8 parallel zueinander entlang der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 montiert. In diesem Fall ist jede der Lamellen 8 in einer Plattenform ausgebildet, die eine vorgeschriebene Dicke hat und ist orthogonal zu der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 errichtet, und jede der Lamellen 8 ist mit der Basisplatte 2 integriert ausgebildet, indem ein Schneideprozess oder dergleichen auf der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 verwendet wird. Darüber hinaus ist der Abstand zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8 im Wesentlichen konstant, und die Höhe der Mehrzahl von Lamellen ist ebenfalls konstant. Durch Bereitstellen derartiger Lamellen 8 wird der Fluss des Kühlmittels, das in den Kühlmittelflusspfad 7 eingebracht wird, zu einem parallelen Fluss, der parallel zu der Richtung fließt, die durch das Parallelflussbildungsmittel bestimmt wird, also die Richtung entlang der Lamellen 8. In dem gezeigten Beispiel werden Kühlmittelflüsse, die parallel zueinander sind, zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8 gebildet. Zusätzlich, wie in 1 gezeigt, ist die Richtung zu der Mehrzahl von Lamellen 8 (die Richtung von unten nach oben in 1) als die Kühlmittelflussrichtung D bestimmt. Zusätzlich ist die Richtung, die senkrecht zu der Flussrichtung D dieses Kühlmittels ist, als die senkrechte Richtung C bestimmt (die Richtung von links nach rechts in 1; im Folgenden einfach bezeichnet als „senkrechter Fluss C”) bezüglich der Flussrichtung des Kühlmittels. Man beachte in diesem Ausführungsbeispiel, dass die obere Fläche 2A der Basisplatte 2 einer der Flächen in der vorliegenden Erfindung entspricht, und die untere Fläche 2B der anderen Fläche in der vorliegenden Erfindung entspricht.
  • Wie in 2, 3 und 5 gezeigt, wird die Basisplatte 2 von dem Wasserpfadbildungsmittel 12 getragen. Darüber hinaus ist das plattenförmige Bodenplattenelement 13 derart bereitgestellt, dass es die Bodenfläche des Wasserpfadbildungselements 12 abdeckt. In diesem Fall hat das Wasserpfadbildungselement 12 ein äußeres Profil, das ein rechteckiges Parallelepiped-Profil aufweist, dessen Ebenenform eine Form hat, die im Wesentlichen identisch zu der Basisplatte 2 ist. Darüber hinaus enthält das Wasserpfadbildungselement 12 eine Umfangswand 12a, die dessen äußeren Umfang umschließt, einen angrenzenden Plattenbereich 12b, der innerhalb dieser Umfangswand 12a gebildet ist, und einen Trennwandbereich 12c. Darüber hinaus grenzt die obere Fläche dieser Umfangswand 12a an die untere Fläche 2B der Basisplatte 2 an und die untere Fläche der Umfangswand 12a grenzt an dem Bodenplattenelement 13 an. Der angrenzende Plattenbereich 12b ist ein plattenförmiger Bereich, der derart bereitgestellt ist, dass er mit den Bodenflächen (die Bodenfläche in 2 und 3) der Lamellen 8 in Kontakt ist. Folglich werden die Kühlflusspfade 7 jeweils durch eine Mehrzahl von verlängerten Räumen gebildet, die von der Mehrzahl von Lamellen 8 und dem angrenzenden Plattenbereich 12b umschlossen sind. Folglich wird eine Mehrzahl von parallelen Kühlmittelflüssen durch das Kühlmittel gebildet, das durch jeden von der Mehrzahl von Kühlmittelflusspfaden 7 fließt, die durch die Mehrzahl von Lamellen 8 partitioniert werden. Darüber hinaus ist der Trennwandbereich 12c ein wandförmiges Element, das entlang der senkrechten Richtung C bereitgestellt ist und den Raum unter dem angrenzenden Plattenbereich 12b in zwei Abschnitte trennt. Der Raum auf der rechten Seite des Trennwandbereichs 12c in 3 und 5 dient als das einströmseitige Kühlmittelreservoir 14A und der Raum auf der linken Seite dient als ausströmseitiges Kühlmittelreservoir 14B.
  • Darüber hinaus kommuniziert das einströmseitige Kühlmittelreservoir 14A mit den Kühlmittelflusspfaden 7 über den einströmseitigen verengten Bereich 15B und das ausströmseitige Kühlmittelreservoir 14b kommuniziert mit den Kühlmittelflusspfaden 7 über den ausströmseitig verengten Bereich 15B. Der einströmseitig verengte Bereich 15A und der ausströmseitige ver engte Bereich 15B sind durch Spalte zwischen der Umfangswand 12a und dem angrenzenden Plattenbereich 12b des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet. Wie in 4 gezeigt sind der einströmseitige verengte Bereich 15A und der ausströmseitig verengte Bereich 15B beide als schlitzförmige Öffnungsbereiche in senkrechter Richtung C ausgebildet. Darüber hinaus haben das einströmseitige Kühlmittelreservoir 14A, das ausströmseitige Kühlmittelreservoir 14B, der einströmseitige verengte Bereich 15B und ausströmseitig verengte Bereich 15B alle eine Länge in senkrechter Richtung C, die zu der Gesamtbreite W der Kühlmittelflusspfade 7 identisch ist.
  • Darüber hinaus fließt das Kühlmittel folgendermaßen. Wie in 4 gezeigt, wird speziell das Kühlmittel dem einströmseitigen Kühlmittelreservoir 14A zugeführt, nachdem es von dem Einströmpfad 16A auf Grund des Ausströmdrucks und dergleichen einer Pumpe (nicht gezeigt) eingeströmt ist. Dann, wie in den 3 bis 5 gezeigt, fließt das Kühlmittel, das in dieses einströmseitige Kühlmittelreservoir 14A eingefüllt ist, in die Kühlmittelflusspfade 7 zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8, nachdem es den einströmseitigen verengten Bereich 15A passiert hat. Dann, wenn es durch die Kühlmittelflusspfade 7 fließt, führt das Kühlmittel einen Wärmeaustausch durch zwischen der Basisplatte 2 und den Lamellen 8 und dadurch wird das Kühlen der Substrate 3 auf der Basisplatte 2 durchgeführt. Als nächstes wird das Kühlmittel, das die Kühlmittelflusspfade 7 passiert hat, in das ausströmseitige Kühlmittelreservoir 14B geleitet, nachdem es den ausströmseitigen verengten Bereich 15B passiert hat. Anschließend wird das Kühlmittel, das in das ausströmseitige Kühlmittelreservoir 14B eingefüllt ist, durch den Ausströmpfad 16B ausgegeben. Wie oben erklärt, ist die Kühlmittelflussrichtung D in den Kühlmittelflusspfaden 7 die Richtung, die parallel zu der Mehrzahl von Lamellen 8 ist. Um den Wärmeaustausch zwischen der Basisplatte 2 und den Lamellen 8 effizient durchzuführen sind die Basisplatte 2 und die Lamellen 8 vorzugsweise aus Metall (beispielsweise Kupfer) gebildet, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Man beachte, dass in diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kühlmittelfluid mit Ethylenglykol oder dergleichen, das Wasser zugesetzt wird, das in Fahrzeugen und dergleichen verwendet wird, als das Kühlmittel verwendet wird.
  • 1-2 Aufbau der Substrate
  • Als nächstes wird der Aufbau der Substrate 3, die wesentliche Elemente der vorliegenden Erfindung sind, in dem Halbleitermodul 1 unter Bezugnahme auf 1 erklärt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sechs Substrate 3 auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 angeordnet und angeordnet mit zwei Substraten in Kühlmittelflussrichtung D und drei in senkrechter Richtung C. Darüber hinaus bilden diese sechs Substrate 3 eine Wechselrichterschaltung 11, die im Folgenden erklärt wird.
  • Die Substrate 3 enthalten untere Armsubstrate 3A und obere Armsubstrate 3B, wobei die unteren Armsubstrate 3A mit unteren Armschaltelementen 4A bereitgestellt sind, die den unteren Arm 33 der Wechselrichterschaltung 11 (siehe 6) bilden, und die oberen Armsubstrate 3B sind mit oberen Armschaltelementen 4B bereitgestellt, die den oberen Arm 34 der Wechselrichterschaltung 11 (siehe 6) bilden. Von den sechs Substraten 3 dienen in diesem Fall die drei Substrate 3, die auf der Stromabwärtsseite (die obere Seite in 1) in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, als die unteren Armsubstrate 3A und die anderen drei Substrate 3, die auf der Stromaufwärtsseite (die untere Seite in 1) in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, dienen als die oberen Armsubstrate 3B. Darüber hinaus bilden in den sechs Substraten 3 die (Paare von) unteren Armsubstraten 3A und oberen Armsubstraten 3B, die Paare bilden, die in Serie in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind (angeordnet in einer vertikalen Richtung in 1) eine Gruppe, und sind durch drei Gruppen von Substraten 3, die in senkrechter Richtung C angeordnet sind, angeordnet. In dieser Weise bildet ein Paar von Substraten 3A und 3B ebenfalls ein Paar hinsichtlich der Kühlmittelstruktur, da sie jeweils auf der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite davon angeordnet sind. Man beachte, dass das Konzept des unteren Arms und des oberen Arms unter Bezugnahme auf 6 später beschrieben wird. Darüber hinaus umfasst in der folgenden Erklärung die einfache Bezugnahme auf den Ausdruck „Substrate 3” die unteren Armsubstrate 3A und die oberen Armsubstrate 3B, und die einfache Bezugnahme auf den Ausdruck „Schaltelemente” umfasst die unteren Armschaltelemente 4A und die oberen Armschaltelemente 4B.
  • Jedes der Substrate 3 ist bereitgestellt mit einem Schaltelement 4, einem Diodenelement 5 und einem Verbindungsanschlussbereich 6. Speziell haben die Substrate 3 eine Kupferfolie 10 auf beiden, der oberen und unteren Seitenfläche des Substratkörpers 21, der durch ein isolierendes Substrat gebildet wird, die Kupferfolie 10 auf der unteren Seite ist an der Basisplatte 2 durch Verlötung (nicht dargestellt) angebracht, und das Schaltelement 4 und das Diodenelement 5 sind durch Verlöten (nicht gezeigt) auf der Kupferfolie 10 der oberen Seite angebracht. Das Schaltelement 4 ist speziell ein IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor = Bipolarer Transistor mit isoliertem Gate-Anschluss)-Element, und das Diodenelement 5 ist speziell ein FWD(Free Wheel Diode)-Element. Folglich ist in den Substraten 3 die Wärmeerzeugungsmenge der Schaltelemente 4 am größten. Zusätzlich sind die Verbindungsanschlussbereiche 6 derart bereitgestellt, dass sie direkt auf dem Substratkörper 21 in einem Bereich auf der oberen Seite, wo der Kupferfilm 10 nicht bereitgestellt ist, montiert sind. Man beachte, dass obwohl es nicht in 1 gezeigt ist, Leitungsanschlüsse 22 (siehe 7 und 8) zum elektrischen Verbinden der Schaltelemente 4 und des Steuersubstrats 9 an dem Verbindungsanschlussbereich 6 durch Verlötung in diesem Verbindungsanschlussbereich 6 angebracht sind. Darüber hinaus wird auch ein Drahtbonden durchgeführt, um die Schaltelemente 4 und die Leitungsanschlüsse 22 elektrisch zu verbinden.
  • Darüber hinaus ist die Anordnung der Schaltelemente 4, der Diodenelemente 5 und der Verbindungsanschlussbereiche 6 auf jedem der Substrate 3 folgendermaßen. Wie in 1 gezeigt, sind speziell das Schaltelement 4 und das Diodenelement 5 in Reihe (in vertikaler Richtung in 1) in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet. In dem gezeigten Beispiel hat das Schaltelement 4 ein äußeres Profil, das etwas größer als das Diodenelement 5 ist. Zusätzlich ist die Zentrumsposition des Diodenelements 5 in senkrechter Richtung C an einer Position angeordnet, die zu einer Seite (die Seite von dem Verbindungsanschlussbereich 6 weg) in senkrechter Richtung C bezüglich der Zentrumsposition des Schaltelements 4 in der senkrechten Richtung C versetzt, und die Ränder des Schaltelements 4 und des Diodenelements 5 auf einer Seite in senkrechter Richtung C liegen auf der gleichen Linie. In dem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, bezeichnet der Ausdruck „eine Seite der senkrechten Richtung C” die rechte Seite der unteren Armsubstrat 3A in der senkrechten Richtung C und bezeichnet die linke Seite der oberen Armsubstrate 3B in der senkrechten Richtung C. Darüber hinaus sind das Schaltelement 4 und die Verbindungsanschlussbereiche 6 derart angeordnet, dass ihre Positionen in senkrechter Richtung C unterschiedlich sind. Speziell ist der Verbindungsanschlussbereich 6 an einer Position angeordnet, die im Wesentlich identisch zu der des Schaltelements 4 in Kühlmittelflussrichtung D ist, und benachbart zu der anderen Seite des Schaltelements 4 in senkrechter Richtung C angeordnet. In diesem in 1 gezeigten Beispiel bezeichnet der Ausdruck „die andere Seite in senkrechter Richtung C” die linke Seite der unteren Armsubstrate 3A in der senkrechten Richtung C und bezeichnet die rechte Seite der oberen Substrate 3B in der senkrechten Richtung C. In dem Beispiel in der Figur wird in Übereinstimmung mit einer derartigen Anordnung jedes Elements der Substratkörper 21 jedes Substrats 3 in einer Plattenform ausgebildet, die in Draufsicht eine lange rechteckige Form in Kühlmittelflussrichtung D aufweist.
  • Darüber hinaus, wie oben beschrieben, ist in der Beziehung zwischen einem Paar von unteren Armsubstraten 3A und oberen Armsubstraten 3B, die in Reihe (in vertikaler Richtung in 1 angeordnet) in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, also in der Beziehung eines Paars von Substraten 3, das jede Gruppe bildet, das Schaltelement 4 auf dem einen Substrat 3 auf der einen Seite in senkrechter Richtung C angeordnet, und der Verbindungsanschlussbereich 6 ist auf dem anderen Substrat 3 auf der anderen Seite in der senkrechten Richtung C angeordnet. An den unteren Armsubstraten 3A ist speziell das Schaltelement 4 auf der rechten Seite (die rechte Seite in 1) in senkrechter Richtung C angeordnet, und der Verbindungsanschlussbereich 6 ist auf der linken Seite (linke Seite in 1) in der senkrechten Richtung C angeordnet. Im Gegensatz dazu ist in den oberen Armsubstraten 3B, im Gegensatz zu den unteren Armsubstraten 3A, der Anschlussverbindungsbereich 6 auf der rechten Seite in senkrechter Richtung C angeordnet, und das Schaltelement 4 ist auf der linken Seite in senkrechter Richtung C angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, um die Anordnung der Paare von unteren Armsubstraten 3A und oberen Armsubstraten 3B, die eine derartige Anordnung erfüllen, zu realisieren, hat ein Paar von Substraten 3A und 3B eine identische Struktur, und diese Paare von Substraten 3A und 3B sind punktsymmetrisch angeordnet. In diesem Kontext, basierend auf der Zentrumsposition, sowohl in Kühlmittelflussrichtung D zwischen den Paaren von Substraten 3A und 3B als auch in senkrechter Richtung C, ist das Paar von Substraten 3A und 3B punktsymmetrisch angeordnet.
  • Für die Paare von Substraten 3A und 3B, die in einer Reihe in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, auf Grund der Verwendung einer derartigen Konfiguration, sind die unteren Armschaltelemente 4A und die oberen Armschaltelemente 4B des Paars von Substraten 3A und 3B versetzt derart angeordnet, dass sie in senkrechter Richtung C im Wesentlichen unterschiedliche Positionen haben. Bei einer Betrachtung von jedem der Mehrzahl von parallelen Kühlmittelflüssen, die durch die Mehrzahl von Kühlmittelflusspfaden 7 fließen, die zwischen den Lamellen 8 gebildet werden, ist es folglich möglich, eine Struktur zu verwenden, bei der der gleiche Kühlmittelfluss, der durch einen der Kühlmittelflusspfade 7 fließt, grundsätzlich das Kühlen von nur einem Element von den oberen Armschaltelementen 4B und unteren Armschalt elementen 4A durchführt. Folglich ist es möglich, jedes der Schaltelemente 4A und 4B von beiden Paaren von Substraten 3A und 3B entsprechend zu kühlen. Mit anderen Worten, es ist möglich, die Reduktion bezüglich Kühlkapazität der unteren Armschaltelemente 4A auf der Stromabwärtsseite der Kühlmittelflussrichtung D zu vermeiden, die auftritt durch Verwenden einer Struktur, bei der der gleiche Kühlmittelfluss, dessen Temperatur auf Grund des Durchführens des Kühlens der oberen Armschaltelemente 4B auf der Stromaufwärtsseite angestiegen ist, weiter ein Kühlen der unteren Armschaltelemente 4A auf der Stromabwärtsseite durchführt.
  • Darüber hinaus ist in den vorliegenden Ausführungsbeispielen das Diodenelement 5 von beiden von den Paaren von Substraten 3A und 3B näher zu der Seite des anderen Substrats 3 angeordnet, als das Schaltelement 4 in jedem der Substrate 3. Speziell ist in den unteren Armsubstraten 3A das Diodenelement 5 näher zu der Seite des oberen Armsubstrats 3b angeordnet, als das untere Armschaltelement 4A. Darüber hinaus ist in dem oberen Armsubstrat 3B das Diodenelement 5 näher zu der Seite des unteren Armsubstrats 3A angeordnet, als das obere Armschaltelement 4B. Dadurch sind das untere Armschaltelement 4A und das obere Armschaltelement 4B derart angeordnet, dass die Diodenelemente 5 von beiden von den Paaren von Substraten 3A und 3b in Kühlmittelflussrichtung D dazwischenliegend angeordnet sind und folglich können die Schaltelemente 4A und 4B, die das größte Ausmaß an Wärme erzeugen, an Positionen angeordnet werden, die voneinander in den Paaren von Substraten 3A und 3B getrennt sind. Folglich ist es möglich, das Auftreten von thermischer Interferenz an der Basisplatte 2 auf Grund der Wärme, die von jedem der Schaltelemente 4A und 4B der Paare von Substraten 3A und 3B übertragen wird, zu unterdrücken.
  • Man beachte, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Diodenelement 5 an einer Position in senkrechter Richtung C angeordnet ist, die im Wesentlichen identisch zu der der Schaltelemente 4 ist, und folglich, ähnlich zu jedem der Schaltelemente 4 in den Paaren von Substraten 3A und 3B, ist jedes der Diodenelemente 5 auf den Paaren von Substraten 3A und 3B auf dem einen Substrat 3 auf einer Seite in senkrechter Richtung C angeordnet, und auf dem anderen Substrat 3 auf der anderen Seite in senkrechter Richtung C angeordnet. Speziell sind die Diodenelemente 5 auf der rechten Seite (die rechte Seite in 1) in senkrechter Richtung C auf den unteren Armsubstraten 3A angeordnet, und auf der linken Seite (linke Seite in 1) in senkrechter Richtung C auf den oberen Armsubstraten 3B angeordnet. Folglich, bei einer Betrachtung entlang der parallelen Kühlmittelflüsse in den Kühlmittelflusspfaden 7 ist es folglich möglich, eine Struktur zu verwenden, bei der der gleiche Kühlmittelfluss grundsätzlich nur die Diodenelemente 5 auf jedem von dem Paar von Substraten 3A und 3B kühlt. Folglich ist es möglich, die Diodenelemente in beiden Paaren von Substraten 3A und 3B im Wesentlichen gleichmäßig zu kühlen.
  • 1-2 Struktur der Wechselrichterschalter
  • Als nächstes wird die elektrische Struktur der Wechselrichterschaltung 11, die durch das Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gebildet wird, erklärt. Wie in 6 gezeigt, ist diese Wechselrichterschaltung 11 eine Treiberschaltung für eine elektrische Dreiphasen-Wechselstrommaschine 31. Speziell ist diese Wechselrichterschaltung 11 bereitgestellt mit einem U-Phasenarm 32u, einem V-Phasenarm 32v und einem W-Phasenarm 32w (entsprechend jeder Phase: U-Phase, V-Phase und W-Phase, die bereitgestellt sind, entsprechend zu jeweils der U-Phasenspule 31u, V-Phasenspule 31v und W-Phasenspule 31w der elektrischen Dreiphasen-Wechselstrommaschine 31. Zusätzlich sind diese Arme 32u, 32v und 32w für jede Phase gebildet, um Paare eines unteren Arms 33 und eines oberen Arms 34 zu enthalten, die jeweils in einer sich ergänzenden Art und Weise arbeiten können. Die unteren Arme 33 sind in diesem Fall gebildet, um ein unteres Armschaltelement 4A zu enthalten, das ein IGBT-Element ist, und ein Diodenelement 5, das parallel zwischen die Emitter und Kollektoren dieser unteren Armschaltelemente 4A geschaltet ist. Ähnlich ist der obere Arm 34 gebildet, um ein unteres Armschaltelement 4B, das ein IGBT-Element ist, und ein Diodenelement 5 zu enthalten, das parallel zwischen die Emitter und Kollektoren dieser oberen Armschaltelemente 4B geschaltet ist. Hier sind Anoden der Diodenelemente 5 mit den Emitter der Schaltelemente 4A und 4B verbunden, und Kathoden der Diodenelemente 5 sind mit Kollektoren der Schaltdioden 4A und 4B verbunden.
  • Darüber hinaus ist das Paar von einem unteren Arm 33 und oberen Arm 34 für jede der Phasen in Serie derart verbunden, dass der untere Arm 33 auf der Seite der negativen Elektrode N, die als Masse dient, ist, und der obere Arm 34 auf der Seite der positiven Elektrode P, die als Energieversorgungsspannung dient, ist. Speziell sind die Emitter der unteren Armschaltelemente 4A mit der negativen Elektrode N verbunden, und die Kollektoren der oberen Armschaltelemente B sind mit der positiven Elektrode P verbunden. Speziell dient das untere Armschalt element 4A als der Lower-Side Schalter und das obere Armschaltelement 4B dient als Higher-Side Schalter. Darüber hinaus sind die Kollektoren der unteren Armschaltelemente 4A und die Emitter der oberen Armschaltelemente 4B jeweils mit der U-Phasenspule 31u, V-Phasenspule 31v und W-Phasenspule 31w der elektrischen Maschine 31, die den Armen 32u, 32v und 32w jeweils entsprechend, verbunden.
  • In dieser Wechselrichterschaltung 11 bilden in Relation zu jedem der Substrate 3 des Halbleitermoduls 1 die unteren Armschaltelemente 4A und die Diodenelemente 5 der unteren Armsubstrate 3A die unteren Arme 32, und die oberen Armschaltelemente 4B und die Diodenelemente 5 der oberen Armsubstrate 3B bilden die oberen Arme 33. Von den sechs Substraten 3, die auf der Basisplatte 2 angeordnet sind, bilden speziell die drei unteren Armsubstrate 3A, die auf der Stromabwärtsseite (obere Seite in 1) der Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, jeweils die unteren Arme 32 des U-Phasenarms 32u, V-Phasenarms 32v und W-Phasenarms 32w, und die drei oberen Armsubstrate 3B, die auf der Stromaufwärtsseite (untere Seite in 1) der Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, bilden jeweils die oberen Arme 33 des U-Phasenarms 32u, V-Phasenarms 32v und W-Phasenarms 32w. Darüber hinaus bildet auf der Basisplatte 2 das Paar (eine Gruppe) von einem unteren Armsubstrat 3A und oberen Armsubstrat 3B die in Serie (in vertikaler Richtung in 1 angeordnet) in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, jeweils irgendeinen von dem U-Phasenarm 32u, V-Phasenarm 32v und W-Phasenarm 32w. Folglich bildet beispielsweise das Paar von Substraten 3A und 3B auf der linken Seite (die linke Seite in 1) in senkrechter Richtung C den U-Phasenarm 32u, das Paar von Substraten 3A und 3B am Zentrum in der senkrechten Richtung C bildet den V-Phasenarm 32v und das Paar von Substraten 3A und 3B auf der rechten Seite (die rechte Seite in 1) in der senkrechten Richtung C bildet den W-Phasenarm 32w.
  • 1-3 Struktur des oberen Bereichs des Halbleitermoduls
  • Als nächstes wird die Struktur des oberen Bereichs des Halbleitermoduls 1, der auf der oberen Seite der Basisplatte 2 bereitgestellt wird, erklärt. Wie in 7 und in 8 gezeigt enthält dieses Halbleitermodul 1, als eine derartige obere Bereichsstruktur ein Harzgehäuse 41, das auf der Basisplatte 2 montiert ist, und das derart bereitgestellt ist, dass es die sechs Substrate 3, wie oben beschrieben und das Steuersubstrat 9, das über den sechs Substraten 3 durch dieses Gehäuse 41 getragen wird, umschließt.
  • Das Gehäuse 41 hat hier ein rechteckiges Parallelepipedprofil, bei dem das Planarprofil eine rechteckige Form aufweist, die etwas größer ist als die Basisplatte 2. Dieses Gehäuse 41 ist derart strukturiert, dass ein Aufnahmeraum 42 gebildet wird, der die sechs Substrate 3, die auf der Basisplatte 2 montiert sind, und derart, dass es einen Umfangswandbereich 41a enthält, der bereitgestellt ist, um den Umfang dieses Aufnahmeraums zu umgeben. Man beachte, dass ein Füllmaterial, wie beispielsweise Epoxydharz in diesen Aufnahmeraum 42 gefüllt und ausgehärtet wird. Letztendlich sind folglich die sechs Substrate 3, die auf der Basisplatte 2 montiert sind, und das Gehäuse 41 integriert ausgebildet. Darüber hinaus, wie in 7 gezeigt, sind an den vier Ecken des Gehäuses 41 Befestigungslöcher 43, in die ein Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, eingeführt werden, bereitgestellt zur Befestigung des Gehäuses 41 auf der Basisplatte 2.
  • Darüber hinaus ist die obere Fläche der Umfangswand 41A durch zwei Oberflächen gebildet, also die Oberflächen der ersten oberen Fläche 41c und der zweiten oberen Fläche 41d, die unterschiedliche Höhen haben. Hier ist die erste obere Fläche 41c eine rechteckige Fläche, die auf der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D (die obere Seite und die untere Seite in 7) jeweils bereitgestellt und in senkrechter Richtung C verlängert ist. Darüber hinaus ist die zweite obere Fläche 41d eine Oberfläche, die eine Stufe tiefer als die erste Fläche 41c ist. Der positive Elektrodenanschluss 44a, der negative Elektrodenanschluss 44b und der Ausgangsanschluss 44c, die externe Ableitungsanschlüsse des Leitungsrahmens (nicht gezeigt) sind, die innerhalb des Gehäuses 41 angeordnet und mit jedem der Substrate 3 elektrisch verbunden sind, sind auf der ersten oberen Fläche 41c des Gehäuses 4 bereitgestellt. Hier sind von einem positiven Elektrodenanschluss 44a und negativen Elektrodenanschluss 44b einer auf der ersten oberen Fläche 41c auf der unteren Seite in 7 bereitgestellt, und gleichzeitig sind die drei Ausgangsanschlüsse 44c auf der ersten oberen Fläche 41c auf der oberen Seite in 7 bereitgestellt. Der positive Anschluss 44a ist elektrisch mit der positiven Elektrode P verbunden, und der negative Anschluss 44b ist elektrisch mit der negativen Elektrode N verbunden. Darüber hinaus sind die drei Ausgangsanschlüsse 44c jeweils elektrisch verbunden mit der U-Phasenspule 31u, V-Phasenspule 31v, und W-Phasenspule 31w (siehe 6) der elektrischen Dreiphasen-Wechselstrommaschine 31.
  • Das Steuersubstrat 9 ist über der zweiten oberen Fläche 41d des Gehäuses 41 angeordnet. Folglich sind weibliche Schraubenbereiche (nicht gezeigt), in die die Schrauben 45 zur Befestigung der Steuerplatte 9 eingeschraubt werden, an einer Mehrzahl von Orten in der Nähe der Ränder auf beiden Seiten der zweiten oberen Fläche 41d in senkrechter Richtung C gebildet. Das Steuersubstrat 9 wird durch die Mehrzahl von Schrauben 45 an dem Gehäuse 41 befestigt und fixiert. Darüber hinaus ist das Steuersubstrat 9 parallel zu diesen Flächen angeordnet, mit einem konstanten dazwischenliegendem Spalt, durch Abstandshalter 46, die zwischen dem Steuersubstrat 9 und der oberen Fläche der zweiten oberen Fläche 41d angeordnet sind.
  • Darüber hinaus durchlauft eine Mehrzahl von Leitungsanschlüssen 22, die an dem Verbindungsanschlussbereich 6 jedes Bereiches 3 angebracht sind, das Steuersubstrat 9 und sind mittels Verlöten auf dem Verdrahtungsmuster (nicht gezeigt) angebracht, das in der oberen Fläche des Steuersubstrats 9 bereitgestellt ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind in Relation zu zwei Gruppen, die benachbart zueinander sind, wo ein Paar von Substraten 3A und 3B eine Gruppe bildet, die Leitungsanschlüsse 22 des unteren Armsubstrats 3A in einer Gruppe und der Leitungsanschluss 22 des oberen Armsubstrats 3B der anderen Gruppe derart angeordnet, dass sie in einer Reihe in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind. Das Steuersubstrat 9 ist ein Substrat, auf dem die Steuerschaltungen zur Ansteuerung der Wechselrichterschaltung 11 gebildet sind, und wird gebildet, indem vorgeschriebene Schaltungskomponenten auf ein gedrucktes Substrat gepackt werden. Darüber hinaus sind dieses Steuersubstrat 9 und die Mehrzahl von Substraten 3, die auf der Basisplatte 2 angeordnet sind, durch die Leitungsanschlüsse 22 elektrisch verbunden.
  • Darüber hinaus sind Temperaturdetektierschaltungen 9a, die als ein Temperaturdetektiermittel zur Detektion der Temperatur der Schaltelemente 4 von jedem der Substrate 3 dienen, auf diesem Steuersubstrat 9 montiert. Die Temperaturdetektierschaltungen 9a sind hier arithmetische Schaltungen, die die Temperaturen von jedem der Schaltelemente detektieren, indem die Spannung zwischen der Anode und der Kathode der Temperaturdetektierdioden (nicht gezeigt) detektiert werden, die in den Schaltelementen 4 bereitgestellt sind, und indem vorbestimmte Berechnungen durchgeführt werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind von jedem der Schaltelemente 4A und 4B eines Paars von Substraten 3A und 3B Temperaturdetektierschaltungen 9a nur für die unteren Armschaltelemente 4A der unteren Armsubstrate 3A bereitgestellt, die in Kühlmittelflussrichtung D stromabwärts angeordnet sind. Mit anderen Worten, die Temperaturdetektierschaltungen 9a sind in den oberen Armschaltelementen 4B der oberen Armsubstrate 3B weggelassen, die in Kühlmittelflussrichtung B stromaufwärtsseitig angeordnet sind. Dieses Halbleitermodul 1 ist folglich gebildet, um eine Temperaturdetektion für die Temperatursteuerung beider Schaltelemente 4A und 4B des Paars von Substraten 3A und 3B durchzuführen, indem die Temperaturdetektierschaltungen 9A verwendet werden, die auf den unteren Armschaltelementen 4A montiert sind, die in Kühlmittelflussrichtung D stromabwärts angeordnet sind. Man beachte, dass als Temperaturkontrolle der Schaltelemente 4A und 4B das Steuersubstrat 9 eine Steuerung durchführt, bei der beispielsweise die Temperaturen der Schaltelemente 4A und 4B überwacht werden, um innerhalb eines vorgeschriebenen Sicherheitsbetriebstemperaturbereichs zu bleiben, und in dem Fall, in dem dieser Temperaturbereich überschritten wird, der Betrieb der Schaltelemente 4A und 4B gestoppt wird.
  • Durch Verwenden einer Struktur, bei der die Temperaturdetektierschaltungen 9a nur für die unteren Armschaltelemente 4A bereitgestellt werden, die in Kühlmittelflussrichtung D stromabwärts angeordnet sind, ist es in dieser Weise möglich, die Anzahl an Temperaturdetektierschaltungen 9a um die Hälfte zu verringern, verglichen mit dem Fall, bei dem die Temperaturdetektierschaltungen 9a auch für die oberen Armschaltelemente 4B bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist die Temperatur des stromabwärtsseitigen Kühlmittels normalerweise größer als die des Kühlmittels auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D, und folglich ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass die Temperatur der unteren Armschaltelemente 4A, die stromabwärtsseitig angeordnet sind, größer ist als die Temperatur der oberen Armschaltelemente 4B, die stromaufwärts angeordnet sind. Selbst wenn die Temperatursteuerung durchgeführt wird unter Verwendung von nur den Temperaturdetektionsergebnissen der unteren Armschaltelemente 4A übersteigt folglich die Temperatur der oberen Armschaltelemente 4B nicht den vorgeschriebenen Sicherheitsbetriebstemperaturbereich, wodurch folglich kein Problem entsteht. Darüber hinaus ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel möglich, die Struktur der Temperaturdetektierschaltungen 9a zu vereinfachen, da die unteren Armschaltelemente 4A in Kühlmittelflussrichtung D stromabwärts angeordnet sind. Speziell ist es möglich, die Temperaturdetektierschaltungen 9a zu verwenden, die arithmetische Schaltungen sind, basierend auf dem elektrischen Potenzial der negativen Elektrode N (die Masse), indem alle Temperaturdetektierschaltungen 9a verwendet werden, um die Temperatur der unteren Armschaltelemente 4A zu detektieren. Verglichen mit einer Temperaturdetektierschaltung 9a, die auf dem elektrischen Potenzial der positiven Elektrode T basiert, ist es folglich möglich, die Struktur der Temperaturdetektierschaltungen 9a zu vereinfachen. Folglich ist es möglich Kostenreduzierungen des Halbleitermoduls 1 zu realisieren.
  • 2. Zweites Ausführungsbeispiel
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren erklärt. 9 zeigt eine Draufsicht, die die Struktur der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in der Figur gezeigt, ist das Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart gebildet, dass nur eine Gruppe, die durch ein Paar eines unteren Armsubstrats 3A und eines oberen Armsubstrats 3B gebildet wird, auf einer Basisplatte 2 montiert ist. Speziell unterscheidet sich in dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Anzahl von Substraten 3, die auf einer Basisplatte 2 montiert sind, von der Anzahl gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass Gesichtspunkte, die speziell in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht erklärt werden, Strukturen nutzen können, die mit denen in dem ersten Ausführungsbeispiel identisch sind.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird folglich im Vergleich zu dem Halbleitermodul 1 gemäß dem ersten oben beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Struktur verwendet, bei der die Breite der Basisplatte 2 in der senkrechten Richtung C schmäler ist und die gesamte Breite W der Kühlmittelflusspfade C ebenfalls schmäler ist. Darüber hinaus, obwohl in den Figuren weggelassen, ist das Profil der oberen Struktur des Halbleitermoduls 1 ebenfalls derart gebildet, dass das Gehäuse 41 gemäß der Form der Basisplatte 2 gebildt ist, und das Steuersubstrat 9 ist geeignet zur Steuerung des Paars von Substraten 3A und 3B. Dieses Halbleitermodul 1 kann die Wechselrichterschaltung 11 bilden, ähnlich wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wurde, indem drei Gruppen kombiniert werden. Zusätzlich ist es in dem Fall, in dem dieses Halbleitermodul 1 einzeln verwendet wird, möglich beispielsweise eine Chopper-Schaltung zu bilden durch Kombinationen von Spulen und Kondensatoren und dergleichen. Man beachte, dass obwohl in den Figuren weggelassen, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Halbleitermodul 1 bildet, indem zwei Gruppen oder vier oder mehr Gruppen montiert werden, die gebildet werden durch ein Paar eines unteren Armsubstrats 3A und eines oberen Armsubstrats 3B auf einer Basisplatte 2. In dem Fall, bei dem eine Wechselrichterschaltung für einen Einpha sen-Wechselstrom gebildet wird, wird vorzugsweise eine Struktur verwendet, bei der zwei Gruppen, die durch ein Paar von einem unteren Armsubstrat 3A und einem oberen Armsubstrat 3B gebildet werden, auf einer Basisplatte 2 montiert werden.
  • 3. Drittes Ausführungsbeispiel
  • Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren erklärt. 10 zeigt eine Draufsicht, die die Struktur der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. In dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der Aufbau der Substrate 3 von dem gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Um die Zeichnungen und dergleichen zu vereinfachen, wird ähnlich wie für das oben beschriebene zweite Ausführungsbeispiel hier eine Erklärung gegeben unter Verwendung eines Beispiels einer Struktur, bei der nur eine Gruppe, die durch ein Paar von Substraten 3A und 3B gebildet ist, auf einer Basisplatte 2 montiert wird. Ähnlich zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist es natürlich in ähnlicher Weise auch möglich die Struktur zu verwenden, bei der ein Paar von Substraten 3A und 3B eine Gruppe bilden und eine Mehrzahl von Gruppen von Substraten 3 auf einer Basisplatte 2 montiert sind. Man beachte, dass Gesichtspunkte, die speziell in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht erklärt werden, Strukturen nutzen können, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel sind.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der Schaltelemente 4, der Diodenelemente 5 und der Verbindungsanschlussbereiche 6 in dem unteren Armsubstrat 3A identisch zu der gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen, während die Anordnung der Schaltelemente 4, der Diodenelemente 5 und der Verbindungsanschlussbereiche 6 in den oberen Armsubstraten 3B von denen in den obigen Ausführungsbeispielen verschieden ist. Speziell ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Schaltelement 4 in dem oberen Armsubstrat 3B näher zu der Seite des unteren Armsubstrats 3A angeordnet, als das Diodenelement 5. In dem Halbleitermodul 1 ist folglich nur das Diodenelement 5 des unteren Armsubstrats 3A, das eines der Substrate 3A und 3B ist, die ein Paar bilden, näher zu der Seite des oberen Armsubstrats 3B angeordnet, als das Schaltelement 4A dieses Substrats 3A. Da der Verbindungsanschlussbereich 6 des oberen Armsubstrats 3B in der Nähe des Schaltelements 4 angeordnet ist, ähnlich zu dem Schaltelement 4, ist der Verbin dungsanschlussbereich 6 näher zu der Seite des unteren Armsubstrats angeordnet, als das Diodenelement 5. Darüber hinaus sind die Positionsbeziehungen zwischen dem Schaltelement 4 und dem Verbindungsanschlusselement 6 in jedem der Substrate 3A und 3B in senkrechter Richtung C identisch zu denen gemäß den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen.
  • In diesem Halbleitermodul 1 haben folglich das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B keinen identischen Aufbau und das obere Armsubstrat 3B ist derart gebildet, dass die Positionsbeziehungen in senkrechter Richtung C spiegelverkehrt zu dem unteren Armsubstrat 3A ausgetauscht sind. Darüber hinaus ist die Konfiguration der Substrate 3 des Halbleitermoduls 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel realisiert durch Anordnen des unteren Armsubstrats 3A und des oberen Armsubstrats 3B in Serie derart, dass das Schaltelement 4 in Kühlmittelflussrichtung D stromabwärts positioniert ist.
  • 4. Viertes Ausführungsbeispiel
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren erklärt. 11 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt. In dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Konfiguration der Substrate 3 von denen gemäß dem oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsbeispielen verschieden. Um die Zeichnungen und dergleichen zu vereinfachen wird ähnlich wie bei dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel eine Erklärung gegeben, indem ein Beispiel eines Aufbaus verwendet wird, bei dem nur eine Gruppe, die durch ein Paar von Substraten 3A und 3B gebildet ist, auf einer Basisplatte 2 montiert ist. Ähnlich wie bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist es natürlich ähnlich möglich den Aufbau zu verwenden, bei dem ein Paar von Substraten 3A und 3B eine Gruppe bildet und eine Mehrzahl der Gruppen von Substraten 3 auf der Basisplatte 2 montiert sind. Man beachte, dass Gesichtspunkte, die nicht speziell in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erklärt werden, Strukturen verwenden können, die identisch zu denen gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel sind.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, obwohl die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und des Verbindungsanschlussbereichs 6 in dem oberen Armsubstrat 3B identisch ist zu der gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, ist die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und des Verbindungsanschlussbereichs 6 in dem unteren Armsubstrat 3A verschieden von der gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen. Speziell ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in den unteren Armsubstraten 3A das Schaltelement 4 näher zu der Seite des oberen Armsubstrats 3B angeordnet, als das Diodenelement 5. In diesem Halbleitermodul 1 ist nur das Diodenelement 5 des oberen Armsubstrats 3B, das eines der Substrate 3A und 3B ist, die ein Paar bilden, näher zu dem unteren Armsubstrat 3A angeordnet, als das Schaltelement 4B des Substrats 3B. Da darüber hinaus der Verbindungsanschlussbereich 6 des unteren Armsubstrats 3A benachbart zu dem Schaltelement 4 angeordnet ist, ähnlich zu dem Schaltelement 4, ist der Verbindungsanschlussbereich 6 des unteren Armsubstrats 3A näher zu dem oberen Armsubstrat 3B angeordnet, als das Diodenelement 5. Darüber hinaus sind die Positionsbeziehungen in senkrechter Richtung C zwischen den Schaltelementen 4 und den Verbindungsanschlussbereichen 6 in senkrechter Richtung C in jedem der Substrate 3A und 3B identisch zu denen in den oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispielen.
  • Folglich haben in dem Halbleitermodul 1 das untere Armsubstrat 3A und das oberen Armsubstrat 3B keinen identischen Aufbau, und das untere Armsubstrat 3A ist derart gebildet, dass die Positionsbeziehung in der senkrechten Richtung C durch Spiegelumkehrung des oberen Armsubstrats 3B vertauscht ist. Darüber hinaus ist der Aufbau der Substrate 3 des Halbleitermoduls 1 gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert durch Anordnen des unteren Armsubstrats 3A und des oberen Armsubstrats 3B in Serie derart, dass das Schaltelement 4 auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D positioniert ist.
  • 5. Ausführungsbeispiel
  • Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren erklärt. 12 ist eine Draufsicht, die die Struktur der wesentlichen Elemente des Halbleitermoduls 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der Aufbau der Substrate 3 von dem in den ersten bis vierten Ausführungsbeispiel. Um die Zeichnungen und dergleichen zu vereinfachen wird ähnlich zu dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel eine Erklärung gegeben, indem ein Beispiel einer Struktur verwendet wird, bei dem nur eine Grup pe, die durch ein Paar von Substraten 3A und 3B gebildet wird, auf einer Basisplatte montiert wird. Ähnlich zu dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist es natürlich auch möglich, die Struktur zu verwenden, bei der ein Paar von Substraten 3A und 3B eine Gruppe bildet, und eine Mehrzahl von Gruppen von Substraten auf der Basisplatte 2 montiert wird. Man beachte, dass Gesichtspunkte, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht speziell erklärt werden, Strukturen nutzen können, die identisch zu denen in dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel sind.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, während die Strukturen von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B identisch zu dem oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel sind, unterscheidet sich die Struktur dadurch, dass beide Schaltelemente 4 der Substrate 3A und 3B, die ein Paar bilden, näher zu der Seite des anderen Substrats 3 angeordnet sind, als die Diodenelemente 5 von jedem der Substrate 3. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in dem unteren Armsubstrat 3A das Schaltelement 4 näher zu der Seite des oberen Armsubstrats 3B angeordnet, als das Diodenelement 5, und in dem oberen Armsubstrat 3B ist das Schaltelement 4 näher zu der Seite des unteren Armsubstrats 3A angeordnet, als das Diodenelement 5. Der Aufbau der Substrate 3 des Halbleitermoduls 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird realisiert, durch Anordnen von beiden von einem Paar von Substraten 3A und 3B, die eine identische Struktur in Punktsymmetrie haben, so dass die Schaltelemente 4 auf der Seite der anderen Substrate 3 angeordnet sind.
  • 6. Alternative Ausführungsbeispiele
    • (1) In dem Fall, bei dem die Halbleitermodule 1, die in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erklärt worden sind, in mehrfachen Kombinationen verwendet werden, und in dem Fall, bei dem die Wärmeerzeugungsausmaß jedes der Halbleitermodule 1 unterschiedlich ist, werden vorzugsweise die Halbleitermodule 1, die die größeren Wärmeerzeugungsausmaße haben, nacheinander näher zu der Stromaufwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet. 13 zeigt ein Beispiel, bei dem zwei Halbleitermodule 1A und 1B, die unterschiedliche Wärmeerzeugungsausmaße haben, in Serie in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind. In diesem Beispiel ist die Struktur jedes der Halbleitermodule 1 identisch zu der gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich hat das erste Halbleitermodul 1A, das auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet ist, eine größeres Wärmeerzeugungsausmaß als das zweite Halbleitermodul 1B, das auf der Stromabwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet ist. In diesem Beispiel verlauft das Kühlmittel durch die Kühlmittelflusspfade 7 des zweiten Halbleitermoduls 1B, nachdem es durch die Kühlmittelflusspfade 7 des ersten Halbleitermoduls 1A verlaufen ist. Auf Grund einer derartigen Strukturierung ist es möglich einen guten Ausgleich zwischen der Reduktion der Kühlkapazität durch das Kühlmittel, dessen Temperatur allmählich ansteigt, wenn es in Richtung Stromabwärtsseite der Flussrichtung D fließt, und den Wärmeerzeugungsausmaßen jedes Halbleitermoduls 1 zu realisieren. Man beachte, dass bei einem Fall, bei dem die Wärmeerzeugungsmengen der Mehrzahl von Halbleitermodulen 1 in dieser Weise unterschiedlich sind, es beispielsweise den Fall einer Struktur gibt, die verwendet wird, in der die Wechselrichterschaltung 11, die durch die Halbleitermodule 1 gebildet wird, elektrische Maschinen mit unterschiedlichen Ausgangsleistungen antreibt, und die Strommenge, die durch die Schaltelemente 4 jedes der Halbleitermodule 1 fließt, unterschiedlich ist.
    • (2) In dem Fall, bei dem die Halbleitermodule 1, die in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erklärt worden sind, in einer Mehrzahl von Kombinationen von Gruppen verwendet werden, vorzugsweise werden zwei Halbleitermodule 1 derart angeordnet, dass die positiven Anschlüsse 44a und die negativen Anschlüsse 44b der zwei Halbleitermodule 1 jeweils auf der Seite nahe dem anderen Halbleitermodul 1 angeordnet sind, wo zwei Module benachbart zueinander sind. 14 zeigt ein Beispiel einer derartigen Anordnung von zwei derartigen Halbleitermodulen 1A und 1B. In diesem Beispiel ist die Struktur jedes der Halbleitermodule 1 identisch zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich ist das erste Halbleitermodul 1A, das auf der unteren Seite in 14 angeordnet ist, derart orientiert, dass der positive Anschluss 44A und der negative Anschluss 44b davon auf der Seite des zweiten Halbleitermoduls 1B positioniert sind, das benachbart dazu ist. Zusätzlich ist das zweite Halbleitermodul 1B, das auf der oberen Seite in 14 angeordnet ist, derart orientiert, dass der positive Anschluss 44a und der negative Anschluss 44b davon an der Seite des ersten Halbleitermoduls 1A, das benachbart dazu ist, positioniert sind. Wie in 14 gezeigt, auf Grund des Anordnens der zwei Halbleitermodule 1A und 1B in dieser Art und Weise können die positive Elektrodenbusschiene 48A und die negative Elektrodenbusschiene 48A der zwei Halbleitermodule 1A und 1B gemeinsam verwendet werden und darüber hinaus können die positive Elektrodenbusschiene 48A und die negative Elektrodenbusschiene 48B parallel angeordnet wer den. Zusätzlich, da die positive Elektrodenbusschiene 48A und die negative Elektrodenbusschiene 48B in dieser Weise parallel angeordnet sind, ist es möglich die magnetischen Felder, die um die positive Elektrodenbusschiene 48A und die negative Elektrodenbusschiene 48B erzeugt werden, auszulöschen, auf Grund des Einflusses von parallelen Strömen, die in entgegengesetzten Richtungen durch die jeweilige positive Elektrodenbusschiene 48A und negative Elektrodenbusschiene 48B fließen, und es ist möglich, die Impedanz der positiven Elektrodenbusschiene 48A und der negativen Elektrodenbusschiene 48B zu reduzieren.
    • (3) In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde eine Erklärung gegeben, in der als Beispiel der Fall verwendet wurde, bei dem ein Kühlfluid als das Kühlmittel verwendet wurde, dem Ethylenglykol oder dergleichen Wasser zugesetzt wurde. Das Kühlmittel in der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges Beispiel beschränkt. Speziell können verschiedene Kühlmittel, wie beispielsweise eine gut bekannte Flüssigkeit oder ein Gas in dem Halbleitermodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
    • (4) Als ein spezielles Beispiel der Struktur, die „in Serie in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet ist”, wurde jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erklärt durch eine Struktur, bei der eine Richtung, die die Zentrumspositionen der Mehrzahl von Elementen oder Substrate verbindet, angeordnet ist, um in Kühlmittelflussrichtung D im Wesentlichen parallel zu sein. Der Bereich, der von den Strukturen umfasst wird, die „in Serie in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind” ist nicht darauf beschränkt. Selbst wenn die Richtung, die die Zentrumspositionen der Mehrzahl von Elementen oder Substraten verbindet, in einer Richtung angeordnet ist, die die Kühlmittelflussrichtung D kreuzt, in dem Fall, bei dem die Elemente und mindestens ein Bereich der Substrate Positionsbeziehungen haben, die sich in senkrechter Richtung C überlappen, ist die Struktur, die „in Serie in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet ist” umfasst, und diese Struktur ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • (5) Ähnlich, als ein spezielles Beispiel einer Struktur, die „angeordnet ist durch Anordnung in senkrechter Richtung C bezüglich der Kühlmittelflussrichtung D”, wurde jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erklärt durch Bereitstellung einer Struktur, in der die Richtung, die die Zentrumspunkte der Mehrzahl von Elementen und Substrate verbindet, angeordnet ist, um im Wesentlichen parallel zu der senkrechten Richtung C zu sein. Der Bereich, der von Strukturen umfasst wird, die „in senkrechter Richtung C angeordnet sind” ist jedoch nicht dadurch beschränkt. Selbst wenn die Richtung, die die Zentrumspositionen der Mehrzahl von Elementen und Substrate verbindet, in einer Richtung ist, die die senkrechte Richtung C kreuzt, in dem Fall, bei dem die Elemente und mindestens ein Bereich der Substrate Positionsbeziehungen haben, die sich in Kühlmittelflussrichtung D überlappen, ist die Struktur umfasst, die „angeordnet ist in senkrechter Richtung C”, und diese Struktur ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • (6) Jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde erklärt durch ein Beispiel, bei dem eine Mehrzahl von parallelen Lamellen 8 auf der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 als ein Parallelflussbildungsmittel bereitgestellt wurde. Die spezifische Struktur des Parallelflussbildungsmittels ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist eine Struktur, bei der eine Mehrzahl von Lamellen 8 auf der Seite des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet ist, das von der Basisplatte 2 getrennt ist, und die obere Fläche jedes der Lamellen 8 an der Basisplatte 2 angrenzt, ebenfalls ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich können die Anzahl von Lamellen 8 und die Abstände dazwischen und dergleichen frei bestimmt werden. Zusätzlich ist es möglich, dass Parallelflussbildungsmittel durch Verwendung einer Vorrichtung zu bilden, die eine andere ist als Lamellen. Beispielsweise ist es möglich einen parallelen Kühlmittelfluss in eine vorgeschriebene Richtung zu bilden, ähnlich durch Verwenden einer Mehrzahl von verlängerten Durchgangslöchern oder Rillen oder dergleichen, die in der Basisplatte 2 bereitgestellt werden, und in diesem Fall dienen die Durchgangslöcher und Rillen und dergleichen als das Parallelflussbildungsmittel.
    • (7) Zusätzlich ist eine Struktur ebenfalls bevorzugt, bei der die Enden der Lamellen 8 vorgeschriebene Lücken bezüglich des gegenüberliegenden Plattenelements haben. Speziell wurde jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele erklärt unter Verwendung eines Beispiels bei dem die Bodenflächen (Bodenflächen in 2 und 3 der Lamellen 8, die als das Parallelflussbildungsmittel dienen, derart bereitgestellt sind, dass sie in Kontakt mit dem angrenzenden Plattenbereich 12b des Wasserpfadbildungselements 12 sind. Jedoch wird vorzugsweise eine Struktur verwendet, bei der Bodenflächen der Lamellen 8 mit vorgeschriebenen Lücken bezüglich des angrenzenden Plattenbereichs 12b angeordnet sind, ähnlich zu dem Fall, bei dem die Lamellen 8 auf der Seite des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet sind, wird vorzugsweise eine Struktur verwendet, bei der die obere Fläche der Lamellen 8 mit vorgeschriebenen Lücken bezüglich der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 angeordnet sind.
    • (8) In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist eine Erklärung gegeben worden, unter Verwendung eines Beispiels, bei dem die parallelen Kühlmittelflüsse, die durch das Parallelflussbildungsmittel gebildet werden, jeweils linear sind. Die parallelen Kühlmittelflüsse, die durch das Parallelflussbildungsmittel gebildet werden, sind jedoch nicht auf eine lineare Form beschränkt, und eine gekrümmte Form, die einen gekrümmten Bereich aufweist, wie beispielsweise eine Welle, ist ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall, wenn das Parallelflussbildungsmittel aus beispielsweise acht Lamellen gebildet ist, ist jede der Lamellen 8 in einer gekrümmten Form ausgebildet, beispielsweise als eine Welle, die in einer Draufsicht gekrümmt ist.
    • (9) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde eine Erklärung gegeben für ein Beispiel, bei dem die unteren Armsubstrate 3A, die mit den unteren Armschaltelementen 4A bereitgestellt sind, näher zu der Stromabwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, als das obere Armsubstrat 3B. Eine Struktur, bei der die unteren Armsubstrate 3A näher zu der Stromaufwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, als die oberen Armsubstrate 3B ist jedoch ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit der Temperatursteuerung ebenfalls eine Struktur bevorzugt, bei der die Temperaturdetektierschaltung 9a für die unteren Armschaltelemente 4A weggelassen sind, und die Temperaturdetektierschaltungen 9a der oberen Armschaltelemente 4B, die stromabwärtsseitig in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, vorgesehen werden. Dies schließt jedoch nicht eine Struktur aus, bei der die Temperaturdetektierschaltungen 9a der oberen Armschaltelemente 4B, die auf der Stromabwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet sind, weggelassen sind, und die Temperaturdetektierschaltungen 9a der unteren Armschaltelemente 4A des unteren Arms, der auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet ist, vorgesehen werden. Zusätzlich ist es möglich, eine Struktur zu verwenden, bei der die Temperaturdetektierschaltung 9a auf den unteren Armschaltelementen 4A und den oberen Armschaltelementen 4B bereitgestellt werden.
    • (10) In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde eine Erklärung gegeben, die als ein Beispiel eine Struktur verwendet, bei der eine Mehrzahl von Substraten 3 auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 und die Kühlmittelflusspfade 7 auf der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 bereitgestellt sind. Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht dadurch beschränkt. Speziell kann die Orientierung der Basisplatte frei gegeben sein, und die Fläche, auf der die Mehrzahl von Substraten 3 angeordnet ist, nach unten oder seitwärts orientiert sein, was ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
    • (11) In dem ersten, zweiten und fünften Ausführungsbeispiel wurde eine Erklärung für ein Beispiel gegeben, bei dem das Paar von Substraten 3A und 3B vollständig identische Strukturen haben. Um die Anordnung von Paaren von Substraten 3A und 3B, wie oben beschrieben zu realisieren, die bereitgestellt sind, so dass mindestens die Anordnung der Schaltelemente 4, der Diodenelemente 5 und der Verbindungsanschlusselemente 6 auf jedem der Substrate 3 identisch, ist es nicht notwendig, dass die Paare von Substraten 3A und 3B vollständig identische Strukturen haben. Folglich ist eine Struktur, bei der die unteren Armsubstrate 3A und die oberen Armsubstrate 3B bezüglich der Anordnung der Schaltelemente 4, der Diodenelemente 5 und der Verbindungsanschlussbereiche 6 identisch sind, während die anderen Strukturen verschieden sind, und derartige Paare von Substraten 3A und 3B in Punktsymmetrie angeordnet sind, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • (12) In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wurde hauptsächlich eine Erklärung für ein Beispiel gegeben, bei dem die Halbleitermodule 1 auf eine Wechselrichterschaltung 11 oder eine Chopper-Schaltung angewendet wurde. Der Bereich der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die vorliegende Erfindung kann vorteilhafterweise auf verschiedene Typen von Halbleitermodulen 1 angewendet werden, die ein entsprechendes Kühlen der Schaltelemente 4 erfordern.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann vorteilhafter Weise in Halbleitermodule verwendet werden, die bereitgestellt sind, mit einer Basisplatte, einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Fläche der Basisplatte montiert sind, und die jeweils ein Schaltelement, ein Diodenelement, einen Verbindungsanschlussbereich aufweisen und mit einem Kühlmittelflusspfad, der bereitgestellt ist, um mit der anderen Fläche der Basisplatte in Kontakt zu sein.
  • Zusammenfassung
  • In Bezug auf eine Struktur, bei der die Schaltelemente und die Diodenelemente von einer Mehrzahl von Substraten in Serie in Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, sind Halbleitermodule bereitgestellt mit einer Struktur, die die Schaltelemente auf allen Substraten entsprechend kühlen kann. Ein Parallelflussbildungsmittel (8), das parallele Kühlmittelflüsse in einer vorgeschriebenen Richtung bildet, ist innerhalb eines Kühlmittelflusspfades (7) bereitgestellt, wobei in jedem der Substrate die Schaltelemente (4) und Diodenelemente (5) in Serie in Kühlmittelflussrichtung (D) bereitgestellt sind, die Schaltelemente (3) und die Verbindungsanschlussbereiche (6) an unterschiedlichen Positionen in der senkrechten Richtung (C) bezüglich der Kühlmittelflussrichtung (D) angeordnet sind. Ein Paar von Substraten (3) ist in Serie in Kühlmittelflussrichtung (D) angeordnet, auf einem der Substrate (3) die Schaltelemente (4) sind auf der anderen Seite in senkrechter Richtung (C) angeordnet, und auf dem anderen Substrat (3) sind die Verbindungsanschlussbereiche (6) auf der Seite in senkrechter Richtung (D) angeordnet.
  • 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 2004-349324 A [0002, 0003]

Claims (9)

  1. Halbleitermodul mit einer Basisplatte, einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Fläche der Basisplatte montiert und jeweils mit einem Schaltelement, einem Diodenelemente und einem Verbindungsanschlussbereich versehen sind, und Kühlmittelflusspfaden, die bereitgestellt sind, um mit der anderen Fläche der Basisplatte in Kontakt zu sein, wobei ein Parallelflussbildungsmittel vorgesehen ist, das parallele Kühlmittelflüsse in einer vorgeschriebenen Richtung in den Kühlmittelflusspfaden bildet, auf jedem der Substrate das Schaltelement und das Diodenelement in Serie in der Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind, das Schaltelement und der Verbindungsanschlussbereich an Positionen angeordnet sind, die in der senkrechten Richtung bezüglich der Kühlmittelflussrichtung unterschiedlich sind; und ein Paar von Substraten, das die Mehrzahl von Substraten bildet, in Serie in Kühlmittelflussrichtung angeordnet ist, und auf einem Substrat, das Schaltelement auf einer Seite in senkrechter Richtung angeordnet ist, und auf dem anderen Substrat die Verbindungsanschlussbereiche auf der einen Seite in der senkrechten Richtung angeordnet sind.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem ein Paar von Substraten einen identischen Aufbau haben und punktsymmetrisch angeordnet sind.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eines oder beide von den Diodenelementen des Paars von Substraten näher zu der anderen Substratseite angeordnet sind, als die Schaltelemente von jedem der Substrate.
  4. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Parallelflussbildungsmittel eine Mehrzahl von Lamellen aufweist, die parallel zueinander entlang der anderen Fläche der Basisplatte angeordnet sind.
  5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Temperaturdetektiermittel verwendet wird, das für die Schaltelemente der Substrate bereitgestellt wird, die in Kühlmittelflussrichtung stromabwärts angeordnet sind, und eine Temperaturdetektion für eine Temperatursteuerung der Schaltelemente für beide von dem Paar von Substraten durchgeführt wird.
  6. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Paar von Substraten jeweils mit einem von einem Paar eines unteren Armschaltelements und eines oberen Armschaltelements bereitgestellt ist.
  7. Halbleitermodul nach Anspruch 6, bei dem das Temperaturdetektiermittel verwendet wird, das auf dem unteren Armschaltelement, das mit Masse verbunden ist, montiert ist, und die Temperaturdetektion durchgeführt wird für die Temperatursteuerung der Schaltelemente von beiden von dem Paar von Substraten.
  8. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Mehrzahl von Substraten sechs Substrate aufweist, die auf einer Fläche der Basisplatte montiert sind, wobei jedes der sechs Substrate mit den unteren Armschaltelementen oder oberen Armschaltelementen bereitgestellt ist für jede Phase, die eine Wechselrichterschaltung für einen Dreiphasenwechselstrom bildet.
  9. Wechselrichterschaltung, die mit dem Halbleitermodul gemäß Anspruch 8 bereitgestellt ist.
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