DE112008000452B4 - Halbleitermodul und Wechselrichtervorrichtung - Google Patents

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    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Abstract

Halbleitermodul mit einer Basisplatte (2); einer Mehrzahl von Substraten (3), die auf einer Oberfläche der Basisplatte (2) platziert sind und jeweils ein Schaltelement (4), ein Diodenelement (5) und eine Verbindungsanschlussregion (6) enthalten; und einem Kühlmediumflusspfad (7), der bereitgestellt ist zum Kontaktieren einer anderen der einen Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Basisplatte (2); wobei: ein Parallelflussbildungsmittel, das parallele Flüsse eines Kühlmediums in eine Richtung (D) in dem Kühlmediumflusspfad (7) bildet, bereitgestellt ist; wobei das Schaltelement (4) und das Diodenelement (5) in Reihe in orthogonaler Richtung bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet sind, und das Schaltelement (4) und die Verbindungsanschlussregion (6) an Positionen angeordnet sind, die in Kühlmediumflussrichtung (D) in jedem der Substrate (3) verschieden sind; wobei jeweils zwei Substrate von der Mehrzahl von Substraten ein Paar bilden und in Reihe in Kühlmediumflussrichtung angeordnet sind, das Schaltelement (4) in orthogonaler Richtung zu der Kühlmittelflussrichtung auf einer Seite auf einem...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einer Basisplatte, einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Oberfläche der Basisplatte platziert sind und jeweils ein Schaltelement, ein Diodenelement und eine Verbindungsanschlussregion aufweisen, und mit einem Kühlmediumflusspfad, der zur Kontaktierung der anderen Oberfläche der Basisplatte vorgesehen ist, und eine Wechselrichtervorrichtung.
  • Hintergrundtechnik
  • In einer Wechselrichterschaltung zum Antreiben eines Elektromotors mit großer Ausgangsleistung, der für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder dergleichen verwendet wird, hat beispielsweise ein Halbleitermodul, das ein Schaltelement aufweist, das die Wechselrichterschaltung bildet, einen großen Erhitzungswert, wodurch ein weiteres Verkleinern erforderlich ist. Folglich wird oft ein Wasserkühlungssystem als Kühlstruktur des Halbleitermoduls verwendet. Als Aufbau des Halbleitermoduls mit einem derartigen Wasserkühlsystem offenbart beispielsweise das nachfolgend genannte Patentdokument 1 einen in den 15A, 15B und 15C gezeigten Aufbau. 15A zeigt eine Draufsicht, 15B zeigt eine Seitenansicht und 15C zeigt eine Erhebungsansicht. Ein Halbleitermodul 101, das in den 15A, 15B und 15C gezeigt ist, enthält eine Basisplatte 102, in der eine Lamelle 103 in Streifenform auf einer Rückseite gebildet ist, und sechs Substrate 104, die auf einer oberen Fläche der Basisplatte 102 platziert sind. Auf der unteren Fläche der Basisplatte 102 ist eine Wasserpfadabdeckung (nicht gezeigt) vorgesehen zur Kontaktierung einer Bodenfläche der Lamelle 103 (Oberfläche auf einer unteren Seite der Lamelle 103 in 15B), wodurch jeweils ein Kühlmediumflusspfad 105 zwischen der Mehrzahl von Lamellen 103 gebildet wird. Folglich ist in dem Halbleitermodul 101 eine Kühlmediumflussrichtung D gleich die Längsrichtung (horizontale Richtung in 15) der Basisplatte 102. Sechs Substrate 104, die auf der Basisplatte 102 platziert sind, sind in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet.
  • Auf jedem Substrat 104 sind von einem Bipolartransistorelement mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor) als ein Schaltelement 106 und einem Diodenelement 107 jeweils zwei angeordnet. Eine Verbindungsanschlussregion 108, in der ein Drahtbonden erfolgt für ein elektrisches Verbinden der Elemente 106 und 107 und eines Steuersubstrats (nicht gezeigt) auf jedem Substrat 104, ist benachbart zu jedem Substrat 104 angeordnet. Auf dem Substrat 104 sind zwei Schaltelemente 106 und zwei Diodenelemente 107 abwechseln in Reihe in orthogonaler Richtung bezüglich der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet. Die Verbindungsanschlussregion 108 ist auf einer Seite angeordnet, die einer Seite, in der ein Paar von Substraten 104A und 104B zueinander in Kühlmediumflussrichtung D weisen, gegenüberliegt. Bei dem o. g. Patentdokument 1 handelt es sich um die JP 2004 349 324 A (vgl. die Seiten 6 und 7, sowie die 5).
  • US 6 978 856 B2 betrifft ein Halbleitermodul, bei dem Halbleiterchips auf Substraten angeordnet sind, wobei die Halbleiterchips von jedem der Substrate an der gleichen Position in senkrechter Richtung bezüglich einer Kühlmittelflussrichtung angeordnet sind.
  • US 2004/0061989 A1 beschreibt ein Substrat, auf dem eine Schalteranordnung und eine Diode angeordnet sind, wobei eine Mehrzahl von Substraten in Reihe entlang der Kühlmittelflussrichtung ausgerichtet ist.
  • Erläuterung der Erfindung
  • In dem oben beschriebenen Aufbau des Halbleitermoduls, wie in 15A gezeigt, sind alle sechs Substrate 104 in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet. Folglich kühlt ein einzelner Fluss des Kühlmediums durch jeden Kühlmediumflusspfad 105, der zwischen der Mehrzahl von Lamellen 103 gebildet wird, sequentiell die Mehrzahl der (zumindest drei) Schaltelemente 106. Entsprechend besteht ein Problem dahingehend, dass die Temperatur des Kühlmediums, das durch jeden Kühlmediumflusspfad 105 fließt, allmählich ansteigt, wodurch die Kühleffizienz für das Schaltelement 106 auf einer Stromabwärtsseite abnimmt.
  • Zusätzlich ist in dem Aufbau des in 15A gezeigten Halbleitermoduls, das oben beschrieben wurde, die Verbindungsanschlussregion 108 auf der Seite angeordnet, die der Seite gegenüberliegt, auf der das Paar von Substraten 104A und 104B in Kühlmediumflussrichtung D zueinander weisen. Folglich, da die Schaltelemente 106 von jedem Paar von Substraten 104A und 104B zueinander weisen ohne die Verbindungsanschlussregion 108 dazwischen, sind die Schaltelemente 106, die am meisten Wärme auf jedem Substrat 104 erzeugen, an Positionen relativ nahe zueinander angeordnet. Folglich tritt leicht eine thermische Interferenz auf der Basisplatte 102 auf, aufgrund von Wärme, die von der Mehrzahl von Schaltelementen 106 übertragen wird, wodurch ein lokaler Temperaturanstieg der Basisplatte 102 erfolgen kann. In diesem Fall kann die Kühleffizienz für das Schaltelement 106, das in einer Hochtemperaturregion der Basisplatte 102 angeordnet ist, abnehmen.
  • In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Halbleitermodul und eine Wechselrichterschaltung zu schaffen, mit einem Aufbau, der eine thermische Interferenz auf einer Basisplatte, die durch Erhitzung eines Schaltelements verursacht wird, das in jedem Paar von Substraten enthalten ist, unterdrücken kann, und folglich das Schaltelement aller Substrate entsprechend kühlt.
  • In einem beispielhaften Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe, enthält ein Halbleitermodul eine Basisplatte, eine Mehrzahl von Substraten, die auf einer Oberfläche der Basisplatte platziert sind und jeweils ein Schaltelement, ein Diodenelement und eine Verbindungsanschlussregion aufweisen, und einen Kühlmediumflusspfad, der bereitgestellt ist zur Kontaktierung der anderen Oberfläche der Basisplatte, in der ein Parallelflussbildungsmittel vorgesehen ist, das parallele Flüsse eines Kühlmittels in eine bestimmte Richtung in dem Kühlmediumflusspfad bildet, wobei das Schaltelement und das Diodenelement in Reihe in einer orthogonalen Richtung bezüglich einer Flussrichtung des Kühlmediums angeordnet sind, und das Schaltelement und die Verbindungsanschlussregion an Positionen angeordnet sind, die in der Kühlmediumflussrichtung in jedem der Substrate unterschiedlich sind, ein Paar von Substraten, die jeweils eines von einem Paar von einem unteren Armschaltelement und einem oberen Armschaltelement aufweisen, von der Mehrzahl von Substraten, in Reihe in der Kühlmediumflussrichtung angeordnet ist, das Schaltelement auf einer Seite in der orthogonalen Richtung in einem der Substrate angeordnet ist, und das Diodenelement auf der einen Seite in der orthogonalen Richtung auf den anderen Substraten angeordnet ist, und die Verbindungsanschlussregion von mindestens einem Substrat des Paars von Substraten auf einer Seite des anderen Substrats bezüglich des Schaltelements des Substrats angeordnet ist.
  • Gemäß diesem beispielhaften Aufbau sind die Schaltelemente von jedem Paar von Substraten, die in Serie in der Kühlmediumflussrichtung angeordnet sind, an Positionen angeordnet, die in der orthogonalen Richtung bezüglich der Kühlmediumflussrichtung offensichtlich verschieden sind, in einem Aufbau, bei dem das Schaltelement und das Diodenelement von jedem von der Mehrzahl von Substraten, die auf einer Oberfläche der Basisplatte platziert sind, in Serie und in Reihe in der orthogonalen Richtung bezüglich der Kühlmediumflussrichtung in dem Kühlmediumflusspfad, der auf der anderen Oberfläche der Basisplatte vorgesehen ist, angeordnet sind. Folglich kann ein einzelner Fluss des Kühlmediums entlang der parallelen Flüsse in dem Kühlmediumflusspfad grundsätzlich nur das Schaltelement von einem von dem Paar von Substraten kühlen. Folglich kann jedes Schaltelement von beiden von dem Paar von Substraten entsprechend gekühlt werden. In anderen Worten, die Abnahme der Kühleffizienz für das Schaltelement auf der Stromabwärtsseite kann unterdrückt werden, aufgrund eines Aufbaus, bei dem ein einzelner Fluss des Kühlmediums, das eine höhere Temperatur nach einem Kühlen des Schaltelements auf einem Substrat auf der Stromaufwärtsseite in der Kühlmediumflussrichtung aufweist, weiter das Schaltelement des anderen Substrats auf der Stromabwärtsseite kühlt. Folglich kann das Schaltelement aller Substrate, die auf der einen Oberfläche der Basisplatte platziert sind, entsprechend gekühlt werden.
  • Bei diesem Aufbau ist die Verbindungsanschlussregion von mindestens einem Substrat von dem Paar von Substraten, die jeweils eines von dem Paar von dem unteren Armschaltelement und dem oberen Armschaltelement enthalten, auf einer Seite des anderen Substrats bezüglich des Schaltelements des Substrats angeordnet, wodurch die Schaltelemente von beiden von dem Paar von Substraten in der Kühlmediumflussrichtung mit der Verbindungsanschlussregion von mindestens einem Substrat dazwischenliegend angeordnet sind. Folglich sind die Schaltelemente, die die meiste Wärme erzeugen, von jedem Substrat, an Positionen relativ voneinander getrennt angeordnet. Folglich kann eine thermische Interferenz auf der Basisplatte, die verursacht wird durch Erhitzung des Schaltelements, das in jedem von dem Paar von Substraten enthalten ist, unterdrückt werden, um das Schaltelement aller Substrate entsprechend zu kühlen.
  • Vorzugsweise hat das Paar von Substraten Aufbauten, die zueinander identisch und punktsymmetrisch angeordnet sind.
  • Mit diesem Aufbau, wie oben beschrieben, sind die Schaltelemente von jedem von dem Paar von Substraten, die in der Kühlmediumflussrichtung angeordnet sind, an Positionen angeordnet, die augenscheinlich voneinander in orthogonaler Richtung bezüglich der Kühlmediumflussrichtung verschieden sind, und das Paar von Substraten kann in üblicherweise verwendet werden. Folglich, da die Schaltelemente von jedem von dem Paar von Substraten, die in Serie in der Kühlmediumflussrichtung angeordnet sind, an Positionen angeordnet sind, die augenscheinlich voneinander in der orthogonalen Richtung bezüglich der Kühlmediumflussrichtung angeordnet sind, verschieden sind, sind eine Mehrzahl von Typen von Substraten mit unterschiedlichen Anordnungen der Elemente und dergleichen nicht notwendig, wodurch ein Anstieg der Herstellungskosten des Halbleitermoduls unterdrückt werden kann.
  • Die Verbindungsanschlussregionen von beiden von dem Paar von Substraten sind bezüglich des Schaltelements jedes Substrats vorzugsweise auf der Seite des anderen Substrats angeordnet.
  • Mit diesem Aufbau sind die zwei Schaltelemente von jedem von dem Paar von Substraten in der Kühlmediumflussrichtung angeordnet, wobei die Verbindungsanschlussregionen beider Substrate dazwischenliegen. Entsprechend sind die Schaltelemente, die die meiste Wärme erzeugen, an Positionen angeordnet, die in dem Paar von Substraten voneinander getrennt sind, wodurch das Auftreten einer thermischen Interferenz auf der Basisplatte, die durch Wärme verursacht wird, die von jedem Schaltelement des Paars von Substraten übertragen wird, unterdrückt werden kann. Folglich kann das Schaltelement aller Substrate entsprechend gekühlt werden.
  • Das Parallelflussbildungsmittel ist vorzugsweise eine Mehrzahl von Lamellen, die parallel zueinander entlang der anderen Oberfläche der Basisplatte angeordnet sind.
  • Mit diesem Aufbau können parallele Flüsse des Kühlmediums in Richtung entlang der Mehrzahl von Lamellen entsprechend in dem Kühlmediumflusspfad gebildet werden. Da das Bereitstellen der Mehrzahl von Lamellen den Oberflächenbereich des Kühlmediumflusspfads vergrößern kann, kann die Wärme, die von dem Substrat an die Basisplatte übertragen wird, effizient abgeführt werden.
  • Vorzugsweise wird eine Temperaturdetektion vorgenommen für ein Temperaturmanagement des Schaltelements von beiden von dem Paar von Substraten durch ein Temperaturdetektionsmittel, das für das Schaltelement des Substrats bereitgestellt wird, das in Kühlmediumflussrichtung stromabwärtsseitig angeordnet ist.
  • Mit diesem Aufbau kann das Temperaturdetektionsmittel für das Schaltelement des Substrats, das in Kühlmediumflussrichtung stromaufwärtsseitig angeordnet ist, weggelassen werden. Folglich kann der Aufbau des Temperaturdetektionsmittels vereinfacht werden, und die Herstellungskosten des Halbleitermoduls können reduziert werden. Normalerweise ist die Temperatur des Kühlmediums auf der Stromabwärtsseite größer als auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung, wodurch das Schaltelement des Substrats, das auf der Stromabwärtsseite angeordnet ist, wahrscheinlich eine höhere Temperatur aufweist, als das Schaltelement des Substrats, das auf der Stromaufwärtsseite angeordnet ist. Folglich übersteigt die Temperatur des Schaltelements des Substrats, das auf der Stromaufwärtsseite angeordnet ist, nicht den spezifischen Betriebssicherheitstemperaturbereichen, und verursacht folglich kein Problem, selbst wenn das Temperaturmanagement vorgenommen wird, indem nur das Temperaturdetektionsergebnis des Schaltelements des Substrats verwendet wird, das auf der Stromabwärtsseite angeordnet ist.
  • Vorzugsweise wird eine Temperaturdetektion für ein Temperaturmanagement des Schaltelements von beiden von dem Paar von Substraten bereitgestellt durch ein Temperaturdetektionsmittel das für das untere Armschaltelement vorgesehen ist, das mit Masse verbunden ist.
  • Mit diesem Aufbau kann das Temperaturdetektionsmittel einen Aufbau haben, bei dem das elektrische Potential der Masse die Referenz ist. Folglich kann der Aufbau vereinfacht werden, verglichen mit dem Temperaturdetektionsmittel, bei dem das elektrische Quellenpotential die Referenz ist, und die Herstellungskosten des Halbleitermoduls können reduziert werden.
  • Als Mehrzahl von Substraten werden sechs Substrate, die jeweils eines von dem unteren Armschaltelement und dem oberen Armschaltelement jeder Phase, die eine Dreiphasen-AC-Wechselrichterschaltung bilden vorzugsweise auf der einen Oberfläche der Basisplatte platziert.
  • Mit diesem Aufbau sind alle Schaltelemente, die die Dreiphasen-AC-Wechselrichterschaltung bilden, integriert mit der Basisplatte bereitgestellt, wodurch die Dreiphasen-AC-Wechselrichterschaltung, die klein und leicht ist, leicht gebildet werden kann, indem das Halbleitermodul verwendet wird.
  • Ebenfalls vorzugsweise wird eine Wechselrichtervorrichtung mit dem Halbleitermodul, das die Dreiphasen-AC-Wechselrichterschaltung bildet, wie oben beschrieben, gebildet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau eines Hauptabschnitts eines Halbleitermoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II von 1.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie III-III von 1.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie IV-IV von 2.
  • 5 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht des Halbleitermoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Wechselrichterschaltung für ein Halbleitermodul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt eine Draufsicht, die den Gesamtaufbau des Halbleitermoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie VIII-VIII von 7.
  • 9 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau eines Hauptabschnitts eines Halbleitermoduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau eines Hauptabschnitts eines Halbleitermoduls gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau eines Hauptabschnitts eines Halbleitermoduls gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • 12 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau eines Hauptabschnitts eines Halbleitermoduls gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem zwei Halbleitermodule mit unterschiedlichen Erhitzungswerten in Reihe in einer Kühlmediumflusspfadrichtung angeordnet sind.
  • 14 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Anordnung von zwei Halbleitermodulen gemäße einem andere Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15A, 15B und 15C zeigen Diagramme, die den Aufbau eines Halbleitermoduls gemäß dem Stand der Technik zeigen.
  • Beste Ausführungsformen der Erfindung
  • 1. Erstes Ausführungsbeispiel
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird gemäß den Zeichnungen beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine Halbleitermodul 1 als eine Wechselrichtervorrichtung, die eine Dreiphasen-AC-Wechselrichterschaltung bildet, angewendet wird. Die 1 bis 8 zeigen Diagramme zur Verdeutlichung des Aufbaus des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass der Aufbau oberhalb der Basisplatte 2 weggelassen ist, mit der Ausnahme eines Substrats 3 in den 1 bis 5.
  • Wie in den Zeichnungen gezeigt, hat das Halbleitermodul 1 eine Kühlstruktur mit einem Kühlmediumflusspfad 7 zur Kühlung des Substrats 3, das auf einer oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 platziert ist, speziell ein Schaltelement 4, das den größten Erhitzungswert aufweist. Wie in 6 gezeigt, bildet das Halbleitermodul 1 eine Wechselrichterschaltung 11 zur Ansteuerung eines Dreiphasen-AC-Elektromotors 31. Folglich sind, wie in 1 gezeigt, sechs Substrate 3 auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 platziert, die jeweils das Schaltelement 4 und ein Diodenelement 5 enthalten. Ferner ist in dem Halbleitermodul 1, wie in den 7 und 8 gezeigt, ein Gehäuse 41 angeordnet, um die sechs Substrate 3 auf der Basisplatte 2 zu umschließen, und ein Steuersubstrat 9 für eine Betriebssteuerung und dergleichen des Schaltelements 4 jedes Substrats 3 wird durch das Gehäuse 41 abgestützt. Der Aufbau jedes Abschnitts des Halbleitermoduls 1 wird im Folgenden genau beschrieben.
  • 1-1. Kühlstruktur des Substrats
  • Zuerst wird die Kühlstruktur des Substrats 3 in dem Halbleitermodul 1 gemäß den 1 bis 5 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, enthält das Halbleitermodul 1 die Basisplatte 2, sechs Substrate 3, die auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 platziert sind, und einen Kühlmediumflusspfad 7, der bereitgestellt ist zum Kontaktieren der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2. In dem Kühlmediumflusspfad 7 ist eine Mehrzahl von Lamellen 8 bereitgestellt als ein Parallelflussbildungsmittel, das parallele Flüsse des Kühlmediums in einer bestimmten Richtung bildet. Wie in den 2 bis 5 gezeigt, ist die Mehrzahl der Lamellen 8 parallel zueinander entlang der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 angeordnet. Jede Lamelle 2 ist in einer Plattenform ausgebildet, die eine bestimmte Dicke aufweist und orthogonal zu der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 bereitgestellt ist, und ist durch einen Schneideprozess und dergleichen der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 integriert mit der Basisplatte 2 ausgebildet. Die Abstände zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8 sind ungefähr konstant, und die Höhe der Mehrzahl von Lamellen 8 ist ebenfalls konstant. Dadurch, dass die Lamelle 8 in diese Art und Weise bereitgestellt ist, wird der Fluss des Kühlmediums, das in den Kühlmediumflusspfad 7 eingebracht wird, zu einem parallelen Fluss, der zu einer Richtung parallel ist, die durch das Parallelflussbildungsmittel definiert ist, also eine Richtung entlang der Lamelle 8. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel werden Flüsse des Kühlmediums parallel zueinander zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8 gebildet. Wie in 1 gezeigt, ist die Richtung parallel zu der Mehrzahl der Lamellen 8 (die Richtung nach oben in 1) die Kühlmediumflussrichtung D. Die Richtung orthogonal zu der Kühlmediumflussrichtung D ist eine orthogonale Richtung C bezüglich der Kühlmediumflussrichtung (horizontale Richtung in 1, im Folgenden einfach bezeichnet als „orthogonale Richtung C”). Man beachte, dass in diesem Ausführungsbeispiel die obere Fläche 2A der Basisplatte 2 einer Fläche der vorliegenden Erfindung entspricht, und die untere Fläche 2B der anderen Fläche der vorliegenden Erfindung entspricht.
  • Wie in den 2, 3 und 5 gezeigt, wird die Basisplatte 2 durch ein Wasserpfadbildungselement 12 getragen. Ein Bodenplattenelement 13 in einer flachen Plattenform ist vorgesehen, um die Bodenfläche des Wasserpfadbildungselements 12 abzudecken. Das Wasserpfadbildungselement 12 hat äußerlich eine rechteckige Parallelepiped-Form, deren Planarform ungefähr die gleiche ist, wie die der Basisplatte 2. Das Wasserpfadbildungselement 12 hat eine Umfangswand 12a, die deren äußeren Umfang umgibt, einen Kontaktplattenabschnitt 12b der auf der Innenseite der Umfangswand 12a gebildet ist, und eine Trennwand 12c. Die obere Fläche der Umfangswand 12a ist in Kontakt mit der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2, und die untere Fläche der Umfangswand 12a ist in Kontakt mit dem Bodenplattenelement 13. Der Kontaktplattenabschnitt 12b ist ein plattenförmiger Abschnitt, der bereitgestellt ist zum Kontaktieren der Bodenfläche der Lamelle 8 (untere Fläche in 2 und 3). Folglich wird der Kühlmediumflusspfad 7 jeweils durch eine Mehrzahl von langen Räumen gebildet, die durch die Mehrzahl von Lamellen 8 und den Kontaktplattenabschnitt 12b umgeben sind. Folglich wird die Mehrzahl der parallelen Flüsse des Kühlmediums durch das Kühlmedium, das durch jeden von der Mehrzahl von Kühlmediumflusspfaden 7 fließt, die durch die Mehrzahl von Lamellen 8 getrennt sind, gebildet. Die Trennwand 12c ist ein wandförmiges Element, das entlang der orthogonalen Richtung C bereitgestellt ist und den Raum unterhalb des Kontaktplattenabschnitts 12b in zwei Räume trennt. Der Raum auf der rechten Seite der Trennwand 12c in 3 und in 5 ist ein zuflussseitiges Kühlmediumreservoir 14A und der Raum auf der linken Seite der Trennwand 12c ist ein abflussseitiges Kühlmediumreservoir 14B.
  • Das zuflussseitige Kühlmediumreservoir 14A ist mit dem Kühlmediumflusspfad 7 über einen zuflussseitigen Reduzierungsabschnitt 15A verbunden, und das abflussseitige Kühlmediumreservoir 14B ist mit dem Kühlmediumflusspfad 7 über einen abflussseitigen Reduziererabschnitt 15B verbunden. Der zuflussseitige Reduziererabschnitt 15A und der abflussseitige Reduziererabschnitt 15B werden durch einen Spalt zwischen der Umfangswand 12a und dem Kontaktplattenabschnitt 12b des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet. Wie in 4 gezeigt, sind der zuflussseitige Reduziererabschnitt 15A und der abflussseitige Reduziererabschnitt 15B jeweils Öffnungsabschnitte mit einer langen Schlitzform in orthogonaler Richtung C. Das zuflussseitige Kühlmediumreservoir 14A, das abflussseitige Kühlmediumreservoir 14B, der zuflussseitige Reduziererabschnitt 15A und der abflussseitige Reduziererabschnitt 15B haben alle die gleiche Länge in der orthogonalen Richtung C, wie eine volle Breite W des Kühlmediumflusspfads 7.
  • Das Kühlmedium fließt in einer im Folgenden beschriebenen Art und Weise. Wie in 4 gezeigt, tritt das Kühlmedium von einem Zuflusspfad 16A aus ein, wird zu dem zuflussseitigen Kühlmediumreservoir 14A durch Förderdruck und dergleichen von einer Pumpe (nicht gezeigt) befördert. Das Kühlmedium, das in das zuflussseitige Kühlmediumreservoir 14A eingefüllt wird, verläuft durch den zuflussseitigen Reduziererabschnitt 15A und fließt in dem Kühlmediumflusspfad 7 zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8, wie in den 3 bis 5 gezeigt. Während es durch den Kühlmediumflusspfad 7 fließt, führt das Kühlmedium den Wärmeaustausch mit der Basisplatte 2 und der Lamelle 8 durch, wodurch das Substrat 3 auf der Basisplatte gekühlt wird. Das Kühlmedium, das durch den Kühlmediumflusspfad 7 geflossen ist, verläuft durch den abflussseitigen Reduziererabschnitt 15B, um zu dem abflussseitigen Kühlmediumreservoir 14B geleitet zu werden. Dann verläuft das Kühlmedium, das in das abflussseitige Kühlmediumreservoir 14B gefüllt ist, durch einen Abflusspfad 16B, um abgeführt zu werden. Wie oben beschrieben, ist die Kühlmediumflussrichtung D in dem Kühlmediumflusspfad 7 eine Richtung parallel zu der Mehrzahl der Lamellen 8. Damit das Kühlmedium effizient den Wärmeaustausch mit der Basisplatte 2 und der Lamelle 8 durchführen kann, sind die Basisplatte 2 und die Lamelle 8 vorzugsweise aus Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit (beispielsweise Kupfer). In diesem Ausführungsbeispiel wird als Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit verwendet, die für ein Fahrzeug verwendet wird, bei der Ethylenglycol und dergleichen zu Wasser und dergleichen hinzugegeben ist.
  • 1-2. Anordnungsaufbau des Substrats
  • Als nächstes wird der Anordnungsaufbau des Substrats 3 in dem Halbleitermodul 1, das der Hauptabschnitt in der vorliegenden Erfindung ist, gemäß 1 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel sind sechs Substrate 3 auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 derart angeordnet, dass zwei Substrate 3 in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D und drei Substrate 3 in Reihe in der orthogonalen Richtung C ausgerichtet sind. Diese sechs Substrate 3 bilden die Wechselrichterschaltung 13, wie im Folgenden beschrieben.
  • Das Substrat 3 enthält ein unteres Armsubstrat 3A mit einem unteren Armschaltelement 4A, das einen unteren Arm 33 bildet, und ein oberes Armsubstrat 3B mit einem oberen Armschaltelement 4B, das einen oberen Arm 34 der Wechselrichterschaltung 11 bildet (siehe 6). Von den sechs Substraten 3 sind drei Substrate, die auf der Stromabwärtsseite (obere Seite in 1) in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind, das untere Armsubstrat 3A, und drei Substrate, die auf der Stromaufwärtsseite (untere Seite in 1) in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind, sind das obere Armsubstrat 3B. Sechs Substrate 3 sind angeordnet als drei Sätze von Substraten 3, die in der orthogonalen Richtung C ausgerichtet sind, wobei jeder Satz gebildet wird durch (ein Paar von) dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B als ein Paar, die in Reihe in der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind (in vertikaler Richtung in 1 ausgerichtet). Entsprechend ist jedes von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite als ein Paar in der Kühlstruktur ebenfalls angeordnet. Man beachte, dass das Konzept des unteren Arms und des oberen Arms später gemäß 6 beschrieben wird. In der folgenden Beschreibung wird auf das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B allgemein einfach Bezug genommen als „Substrat 3”, und auf das untere Armschaltelement 4A und das obere Schaltelement 4B wird allgemein einfach Bezug genommen als „Schaltelement 4”.
  • Jedes Substrat 3 enthält jeweils das Schaltelement 4, das Diodenelement 5 und die Verbindungsanschlussregion 6. Speziell ist in dem Substrat 3 eine Kupferfolie 10 auf beiden, der oberen und der unteren Fläche eines Substratkörpers 21 vorgesehen, der aus einem isolierenden Substrat gebildet ist. Die Kupferfolie 10 auf der unteren Seite ist an der Basisplatte 2 durch eine Lötmittel (nicht gezeigt) befestigt, und die Kupferfolie 10 auf der oberen Seite sichert auf sich das Schaltelement 4 und das Diodenelement 5 durch ein Lötmittel (nicht gezeigt). Das Schaltelement 4 ist speziell ein FGBT(Bipolar-Transistor mit isoliertem Gateanschluss)-Element, das Diodenelement 5 ist speziell ein FWD(Free Wheel Diode)-Element. Folglich hat das Schaltelement 4 den größten Erhitzungswert in dem Substrat 3. Die Verbindungsanschlussregion 6 ist bereitgestellt, um direkt auf dem Substratkörper 21 in einer Region platziert zu werden, in der die Kupferfolie 10 auf der oberen Seite nicht bereitgestellt ist. Obwohl in 1 weggelassen, ist ein Leiteranschluss 22 (siehe 7 und 8) zu elektrischen Verbindung des Schaltelements 4 und des Steuersubstrats 9 über ein Lötmittel an der Verbindungsanschlussregion 6 befestigt. In der Verbindungsanschlussregion 6 erfolgt ebenfalls ein Drahtbonden für ein elektrisches Verbinden des Schaltelements 4 und des Leitungsanschlusses 22.
  • Die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 auf jedem Substrat 3 ist folgendermaßen. Wie in 1 gezeigt sind also das Schaltelement 4 und das Diodenelement 5 in Reihe in der orthogonalen Richtung C (horizontale Richtung in 1) angeordnet. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel hat das Schaltelement 4 eine äußere Form, die etwas größer ist als die des Diodenelements 5. Die Mittelposition des Diodenelements 5 ist in der Kühlmediumflussrichtung D an einer Position angeordnet, die zur Mittelposition des Schaltelements 4 in der Kühlmediumflussrichtung D hin zu einer Seite in Kühlmediumflussrichtung D versetzt ist (eine Seite, die von der Verbindungsanschlussregion 6 abgewandt ist), wodurch die Ränder des Schaltelements 4 und des Diodenelements 5 auf einer Seite in der Kühlmediumflussrichtung D in einer einzelnen geraden Linie sind. In dem in 1 gezeigten Beispiel bezeichnet „eine Seite in Kühlmediumflussrichtung D” die Stromabwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D (obere Seite in 1) für das untere Armsubstrat 3A und die Stromaufwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D (untere Seite in 1) für das obere Armsubstrat 3B. Das Schaltelement 4 und die Verbindungsanschlussregion 6 sind angeordnet, um in Positionen in Kühlmediumflussrichtung D abzuweichen. Speziell ist die Verbindungsanschlussregion 6 auf der anderen Seite in Kühlmediumflussrichtung D in einer Position angeordnet, die ungefähr die gleiche ist wie die des Schaltelements 4 in der orthogonalen Richtung C und benachbart zu dem Schaltelement 4. In dem in 1 gezeigten Beispiel bezeichnet „die andere Seite in Kühlmediumflussrichtung D” die Stromaufwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D (untere Seite in 1) für das untere Armsubstrat 3A, und die Stromabwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D (obere Seite in 1) für das obere Armsubstrat 3B. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel ist der Substratkörper 21 jedes Substrats 3 in einer Plattenform gebildet, die eine lange rechteckige planare Form in der orthogonalen Richtung C aufweist, gemäß der Anordnung jedes Elements und dergleichen.
  • Wie oben beschrieben, ist in der Beziehung zwischen dem Paar von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, die in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D (in Reihe in der vertikalen Richtung in 1) angeordnet sind, also die Beziehung zwischen dem Paar von Substraten 3, das jeden Satz bildet, das Schaltelement 4 auf einer Seite in der orthogonalen Richtung C in einem Substrat angeordnet, und das Diodenelement 5 ist auf der einen Seite in der orthogonalen Richtung C in dem anderen Substrat angeordnet. Speziell ist in dem unteren Armsubstrat 3A das Schaltelement 4 auf der linken Seite in der orthogonalen Richtung C (linke Seite in 1) angeordnet, und das Diodenelement 5 ist auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C (rechte Seite in 1) angeordnet. Andererseits, in einer Art und Weise entgegengesetzt zu der des unteren Armsubstrats 3A, ist in dem oberen Armsubstrat 3B das Diodenelement 5 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet, und das Schaltelement 4 ist auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel, um eine Anordnung des Paars von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, das die Beziehung erfüllt, zu erhalten, hat das Paar von Substraten 3A und 3B identische Aufbauten, und das Paar von Substraten 3A und 3B ist punktsymmetrisch angeordnet. In diesem Fall, ist das Paar von Substraten 3A und 3B punktsymmetrisch bezüglich der Mittelposition in beiden Richtungen, der Kühlmediumflussrichtung D und der orthogonalen Richtung C des Paars von Substraten 3A und 3B als die Referenz angeordnet.
  • Das Paar von Substraten 3A und 3B, die in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind, hat einen Anordnungsaufbau wie oben beschrieben, wobei das untere Armschaltelement 4A und das obere Armschaltelement 4B des Paars von Substraten 3A und 3B angeordnet sind, um versetzt zu sein, um in Positionen in orthogonaler Richtung C verschieden zu sein. Folglich bezüglich jedes der Mehrzahl von Parallelflüssen, die durch die Mehrzahl von Kühlmediumflusspfaden 7 fließen, die zwischen den Lamellen 8 gebildet sind, kann ein einzelner Fluss des Kühlmediums, der durch einen Kühlmediumflusspfad 7 fließt, grundsätzlich nur ein Element von dem oberen Armsehaltelement 4B und dem unteren Armschaltelement 4A kühlen. Folglich können das Schaltelement 4A und 4B des Paars von Substraten 3A und 3B entsprechend gekühlt werden. Eine Reduzierung bezüglich der Kühleffizienz für das untere Armschaltelement 4A auf der Stromabwärtsseite kann also unterdrückt werden, aufgrund eines Aufbaus, bei dem ein einzelner Fluss des Kühlmedium, das nach einer Kühlung des oberen Armschaltelements 4B auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D eine höhere Temperatur aufweist, weiter das untere Armschaltelement 4A auf der Stromabwärtsseite kühlt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind beide Verbindungsanschlussregionen 6 des Paars von Substraten 3A und 3B bezüglich des Schaltelements 4 jedes Substrats 3 auf der anderen Seite des Substrats 3 angeordnet. Speziell ist in dem unteren Armsubstrat 3A die Verbindungsanschlussregion 6 auf der Seite hin zum oberen Armsubstrats 3B bezüglich des unteren Armschaltelements 4A angeordnet. In dem oberen Armsubstrat 3B ist die Verbindungsanschlussregion 6 auf der Seite hin zu dem unteren Armsubstrats 3A bezüglich des oberen Armschaltelements 4B angeordnet. Folglich sind das untere Armschaltelement 4A und das obere Armschaltelement 4B mit beiden Verbindungsanschlussregionen 6 des Paars von Substraten 3A und 3B in Kühlmediumflussrichtung D dazwischenliegend angeordnet, wodurch die Schaltelemente 4A und 4B, die die meiste Wärme erzeugen, an Positionen angeordnet sind, die in dem Paar von Substraten 3A und 3B voneinander entfernt sind. Folglich kann eine thermische Interferenz auf der Basisplatte 2, die durch Wärme verursacht wird, die von jedem der Schaltelemente 4A und 4B des Paars von Substraten 3A und 3B übertragen wird, unterdrückt werden.
  • Man beachte, dass in diesem Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, die Verbindungsanschlussregion 6 an einer Position angeordnet ist, die in orthogonaler Richtung C ungefähr die gleiche ist wie die des Schaltelements 4, wodurch die Verbindungsanschlussregion 6 von jedem von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf einer Seite in orthogonaler Richtung C in einem Substrat 3 angeordnet ist, und auf der Seite in orthogonaler Richtung C in dem anderen Substrat 3, in einer Art und Weise, die ähnlich ist zu dem Schaltelement 4 jedes Substrats von dem Paar von Substraten 3A und 3B. Speziell ist die Verbindungsanschlussregion 6 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C (linke Seite in 1) in dem unteren Armsubstrat 3A angeordnet, und ist in orthogonaler Richtung C (rechte Seite in 1) in dem oberen Armsubstrat 3B auf der rechten Seite angeordnet. Mit der in dieser Weise angeordneten Verbindungsanschlussregion 6 können die Verbindungsanschlussregion 6 des unteren Armsubstrats 3A und die Verbindungsanschlussregion 6 des oberen Armsubstrats 3b abwechselnd entlang der orthogonalen Richtung C ausgerichtet werden. Folglich, wie in 7 gezeigt, werden die Mehrzahl von Leiteranschlüssen 22, die an der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 befestigt sind, einfach in einer Reihe in orthogonaler Richtung C angeordnet. Folglich kann das Verdrahtungsmuster des Steuersubstrats 9, das später beschrieben wird, vereinfacht werden, und ein Verlötungsschritt des Leiteranschlusses 22 und des Steuersubstrats 9 kann vereinfacht werden.
  • 1-2. Aufbau der Wechselrichterschaltung
  • Als nächstes wird der elektrische Aufbau der Wechselrichterschaltung 11, die durch das Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel gebildet wird, beschrieben. Wie in 6 gezeigt, ist die Wechselrichterschaltung 11 eine Schaltung zum Ansteuern des Dreiphasen-AC-Elektromotors 31. Die Wechselrichterschaltung 11 enthält also einen U-Phasenarm 32u, einen V-Phasenarm 32v und einen W-Phasenarm 32w, die jeweils entsprechend einer U-Phasenspule 31u, V-Phasenspule 31v und W-Phasenspule 31w (die jeder Phase von einer U-Phase, V-Phase und W-Phase entsprechen) des Dreiphasen-AC-Elektromotors 31 angeordnet sind. Die Arme 32u, 32v und 32w für jede Phase haben jeweils ein Paar von dem unteren Arm 33 und dem oberen Arm 34 für einen sich gegenseitig ergänzenden Betrieb. Der untere Arm 33 hat das untere Armschaltelement 4A, das aus dem IGBT-Element gebildet ist, und das Diodenelement 5, das parallel zwischen einen Emitter und einen Kollektor des unteren Armschaltelements 4A geschaltet ist. In ähnlicher Weise hat der obere Arm 34 ein oberes Armschaltelement 4B, das aus dem IGBT-Element gebildet ist, und das Diodenelement 5, das parallel zwischen einen Emitter und einen Kollektor des oberen Armschaltelements 4B geschaltet ist. In dem Diodenelement 5 ist eine Anode mit dem Emitter der Schaltelemente 4A und 4B verbunden, und eine Kathode ist mit dem Kollektor der Schaltelemente 4A und 4B verbunden.
  • Das Paar von dem unteren Arm 33 und dem oberen Arm 34 für jede Phase ist in Reihe derart geschaltet, dass der untere Arm 33 auf der Seite der negativen Elektrode N ist, die Masse ist, und der obere Arm 34 ist auf der Seite der positiven Elektrode P. die die Quellenspannung ist. Speziell ist der Emitter des unteren Armschaltelements 4A mit der negativen Elektrode N verbunden, und der Kollektor des oberen Armschaltelements 4B ist mit der positiven Elektrode P verbunden. Das untere Armschaltelement 4A ist also der Schalter der unteren Seite (Lower-Side-Schalter), und das obere Schaltelement 4B ist der Schalter der oberen Seite (High-Side-Schalter). Der Kollektor des unteren Armschaltelements 4A und der Emitter des oberen Armschaltelements 4B sind mit der U-Phasenspule 31u, V-Phasenspule 31v und W-Phasenspule 31w des Elektromotors 31, die jeweils den Armen 32u, 32v und 32w entsprechen, verbunden.
  • In der Beziehung zu jedem Substrat 3 des Halbleitermoduls 1 bilden das untere Armschaltelement 4A und das Diodenelement 5 des unteren Armsubstrats 3A den unteren Arm 32, und das obere Armschaltelement 4B und das Diodenelement 5 des oberen Armsubstrats 3B bilden den oberen Arm 33 der Wechselrichterschaltung 11. Von sechs Substraten 3, die auf der Basisplatte 2 angeordnet sind, bilden die drei unteren Armsubstrate 2A, die auf der Stromabwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D (obere Seite in 1) angeordnet sind, jeweils den unteren Arm 32 des U-Phasenarms 31u, V-Phasenarm 32v und W-Phasenarms 32w, und die drei oberen Armsubstrate 3B, die auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D (untere Seite in 1) angeordnet sind, bilden jeweils den oberen Arm 33 des U-Phasenarms 31u, V-Phasenarms 32v und W-Phasenarms 32w. Auf der Basisplatte 2 bildet das Paar von (der Satz von) dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, die in Kühlmediumflussrichtung D (in Reihe in der vertikalen Richtung in 1) angeordnet sind, jeweils einen 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 in horizontaler Richtung C (linke Seite in 1) den U-Phasenarm 32u, das Paar von Substraten 3A und 3B in dem Zentrum in der orthogonalen Richtung C bildet den V-Phasenarm 32v, und das Paar von Substraten 3A und 3B auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C (rechte Seite in 1) bildet den W-Phasenarm 32w.
  • 1-3. Oberer Abschnittsaufbau des Halbleitermoduls
  • Als nächstes wird der obere Abschnittsaufbau, der über der Basisplatte 2 in dem Halbleitermodul 1 vorgesehen ist, beschrieben. Wie in 7 und in 8 gezeigt, hat das Halbleitermodul 1 einen Harzgehäuse 41, das auf der Basisplatte 2 platziert und dafür vorgesehen ist die oben beschriebene sechs Substrate 3 zu ummanteln, und das Steuersubstrat 9, das über den sechs Substraten 3 durch das Gehäuse 41 als der obere Abschnittsaufbau getragen wird.
  • Das Gehäuse 41 hat äußerlich eine rechteckige Parallelepipedform, bei der die Planarform eine rechteckige Form ist, die geringfügig größer als die der Basisplatte 2 ist. Das Gehäuse 41 bildet einen Lagerraum 42, der die sechs Substrate 3, die auf der Basisplatte 2 platziert sind, aufnimmt, und hat einen Umfangswandabschnitt 41a, der vorgesehen ist den Umfang des Lagerraums 42 zu ummanteln. Man beachte, dass ein Füller wie beispielsweise Epoxydharz in den Lagerraum 42 eingefüllt und ausgehärtet wird. Folglich werden die sechs Substrate 3, die auf der Basisplatte 2 platziert sind, und das Gehäuse 41 letztendlich integriert ausgebildet. Wie in 7 gezeigt, ist an den vier Ecken des Gehäuses 41 ein Befestigungsloch 43 vorgesehen, in welches ein Befestigungsmittel, wie beispielsweise eine Schraube zur Befestigung des Gehäuses 41 auf der Basisplatte 2, eingeführt wird.
  • Die obere Fläche des Umfangswandabschnitts 41a ist aus zwei Flächen gebildet, eine erste obere Fläche 41c und eine zweite obere Fläche 41d, die unterschiedliche Höhen aufweisen. Die erste obere Fläche 41c ist eine lange rechteckige Fläche in orthogonaler Richtung C, die stromaufwärts- und stromabwärtsseitig in der Kühlmediumflussrichtung D (obere Seite und untere Seite in 7) bereitgestellt ist. Die zweite obere Fläche 41d ist eine Fläche eine Stufe niedriger als die erste obere Fläche 41c. Die erste obere Fläche 41c des Gehäuses 41 ist mit einem positiven Anschluss 44a, einem negativen Anschluss 44b und einem Ausgangsanschluss 44c als Außenleiteranschlüsse für ein Leitungsgerüst (nicht gezeigt) bereitgestellt, das in dem Gehäuse 41 angeordnet ist, um elektrisch mit jedem Substrat 3 verbunden zu werden. Der positive Anschluss 44a und der negative Anschluss 44b sind jeweils auf der ersten oberen Fläche 41c auf der unteren Seite in 7 bereitgestellt, und drei Ausgangsanschlüsse 44c sind 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 (siehe 6) verbunden. Die drei Ausgangsanschlüsse 44c sind jeweils elektrisch mit der U-Phasenspule 31u, der V-Phasenspule 31v und der W-Phasenspule 31w (siehe 6) des Dreiphasen-AC-Elektromotors 31 verbunden.
  • Das Steuersubstrat 9 ist über der zweiten oberen Fläche 41d des Gehäuses 41 angeordnet. Folglich ist ein Innengewindebereich (nicht gezeigt), in den eine Schraube 45 zur Befestigung des Steuersubstrats 9 eingeschraubt wird, an einer Mehrzahl von Positionen nahe den Rändern auf beiden Seite in orthogonaler Richtung C der zweiten oberen Fläche 41d gebildet. Das Steuersubstrat 9 wird festgezogen und an dem Gehäuse 41 durch die Mehrzahl von Schrauben 45 gesichert. Das Steuersubstrat 9 ist angeordnet, um parallel zu den Oberflächen zu sein, mit einem bestimmten Abstand mittels eines Abstandshalters 46, der zwischen dem Steuersubstrat 9 und der oberen Fläche der zweiten oberen Fläche 41d angeordnet ist.
  • Die Mehrzahl von Leiteranschlüssen 22, die an der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 befestigt sind, durchdringen das Steuersubstrat 9 und sind mit dem Verdrahtungsmuster (nicht gezeigt), das auf der oberen Fläche des Steuersubstrats 9 bereitgestellt wird, verlötet und befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Leiteranschlüsse 22 von jedem der sechs Substrate 3 in einer Reihe in orthogonaler Richtung C angeordnet. Mit der Anordnung, bei der die Leiteranschlüsse 22 in einer Reihe auf dem Steuersubstrat 9 ausgerichtet sind, kann das Verdrahtungsmuster des Steuersubstrats 9 vereinfacht werden, und der Verlötungsschritt des Leiteranschlusses 22 und des Substrats 9 kann vereinfacht werden. Das Steuersubstrat 9 ist ein Substrat, in dem eine Steuerschaltung zur Ansteuerung der Wechselrichterschaltung 11 gebildet ist, und ist aus einem gedruckten Substrat gebildet, das mit einem bestimmten Schaltungsteil montiert ist. Das Steuersubstrat 9 und die Mehrzahl von Substraten 3, die auf der Basisplatte 2 angeordnet sind, sind durch den Leiteranschluss 22 elektrisch verbunden.
  • Ferner, auf dem Steuersubstrat 9 ist eine Temperaturdetektionsschaltung 9a montiert, die als ein Temperaturdetektionsmittel fungiert, das die Temperatur des Schaltelements 4 jedes Substrats 3 detektiert. Die Temperaturdetektionsschaltung 9a ist eine arithmetische Schaltung, die die Temperatur jedes Schaltelements 4 detektiert durch Detektieren der Spannung zwischen der Anode und der Kathode einer Temperaturdetektionsdiode (nicht gezeigt), die für das Schaltelement 4 bereitgestellt wird, und durch Durchführen einer spezifischen arithmetischen Operation. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur das untere Armschaltelement 4A des unteren Armsubstrats 3A, das auf der Stromabwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet ist, von dem Schaltelementen 4A und 4B jedes Paars von Substraten 3A und 3B mit der Temperaturdetektionsschaltung 9a bereitgestellt ist. Die Temperaturdetektionsschaltung 9a ist also in dem oberen Armschaltelement 4B des oberen Armsubstrats 3B, das auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet ist, weggelassen. In dem Halbleitermodul 1 führt folglich die Temperaturdetektionsschaltung 9a, die für das untere Armschaltelement 4A vorgesehen ist, das auf der Stromabwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D angeordnet ist, die Temperaturdetektion für eine Temperaturkontrolle von beiden Elementen von dem Schaltelement 4A und dem Schaltelement 4B des Paars von Substraten 3A und 3B durch. Man beachte, dass das Steuersubstrat 9 die Temperatur der Schaltelemente 4A und 4B überwacht, um innerhalb eines bestimmten Betriebssicherheitstemperaturbereichs zu bleiben, und eine Steuerung durchführt zum Stoppen des Betriebs und dergleichen der Schaltelemente 4A und 4B in dem Fall, bei dem die Temperatur den Temperaturbereich überschreitet, beispielsweise als die Temperaturkontrolle der Schaltelemente 4A und 4B.
  • Die Temperaturdetektionsschaltung 9a ist nur für das untere Armschaltelement 4A bereitgestellt, das auf der Stromabwärtsseite in Kühlmittelflussrichtung D in dieser Weise angeordnet ist, wodurch die Anzahl der Temperaturdetektionsschaltungen 9a um die Hälfte reduziert werden kann, verglichen mit einem Fall, bei dem die Temperaturdetektionsschaltung 9a auch für das obere Armschaltelement 4B bereitgestellt wird. Normalerweise ist die Temperatur des Kühlmediums auf der Stromabwärtsseite größer als auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D, wodurch das untere Armschaltelement 4A, das auf der Stromabwärtsseite angeordnet ist, wahrscheinlich eine höhere Temperatur aufweist, als das obere Armschaltelement 4B, das auf der Stromaufwärtsseite angeordnet ist. Folglich, selbst wenn die Temperaturkontrolle durchgeführt wird, indem nur das Temperaturdetektionsergebnis des unteren Armschaltelements 4A verwendet wird, übersteigt die Temperatur des oberen Armschaltelements 4B nicht den bestimmten Operationssicherheitstemperaturbereich, und verursacht folglich kein Problem. Ferner, da in diesem Ausführungsbeispiel nur das untere Armschaltelement 4A auf der Stromabwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet ist, kann der Aufbau der Temperaturdetektionsschaltung 9a vereinfacht werden. Alle Temperaturdetektionsschaltungen 9a werden also für die Temperaturdetektion des unteren Armschaltelements 4A verwendet, wodurch jede Temperaturdetektionsschaltung 9a eine arithmetische Schaltung sein kann, bei der das elektrische Potential der negativen Elektrode N (Masse) die Referenz ist. Folglich kann der Aufbau der Temperaturdetektionsschaltung 9a vereinfacht werden, verglichen mit der Temperaturdetektionsschaltung 9a, bei der das elektrische Potential der positiven Elektrode P die Referenz ist. Folglich können die Kosten für das Halbleitermodul 1 reduziert werden.
  • 2. Zweites Ausführungsbeispiel
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird gemäß der Zeichnung beschrieben. 9 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau des Hauptabschnitts des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nur aus einem Satz des Paars von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B gebildet, die auf einer Basisplatte 2 platziert sind. Die Anzahl der Substrate 3, die auf der Basisplatte 2 in dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel platziert sind, unterscheidet sich hier also von der des ersten Ausführungsbeispiels. Man beachte, dass der Aufbau ähnlich zu dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, sofern in diesem Ausführungsbeispiel nichts anderes ausgeführt wird.
  • Folglich ist in dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Breite der Basisplatte 2 in orthogonaler Richtung C schmäler, und die volle Breite W des Kühlmediumflusspfads 7 ist schmäler verglichen mit dem Halbleitermodul 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Obwohl in der Zeichnung weggelassen, entspricht die Form des Gehäuses 41 der Form der Basisplatte 2, und das Steuersubstrat 9 ist gebildet, um für eine Steuerung des Paars von Substraten 3A und 3B in dem oberen Abschnittsaufbau des Halbleitermoduls 1 geeignet zu sein. Drei Halbleitermodule 1 können in Kombination verwendet werden, um die Wechselrichterschaltung 11 ähnlich zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zu bilden. In dem Fall, bei dem das Halbleitermodul 1 alleine verwendet wird, kann eine Zerhackerschaltung (Chopper-Schaltung) gebildet werden durch eine Kombination mit beispielsweise einer Spule, einem Kondensator und dergleichen. Obwohl in der Zeichnung weggelassen, ist das Bilden des Halbleitermoduls 1 mit zwei Sätzen oder vier oder mehreren Sätzen von dem Paar von dem unteren Armsubstrat 3A und oberen Armsubstrat 3B, die auf der Basisplatte 2 platziert sind, ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem Fall des Bildens einer Einphasen-AC-Wechselrichterschaltung und dergleichen, werden vorzugsweise zwei Sätze des Paars von unterem Armsubstrat 3A und oberen Armsubstrat 3B auf einer Basisplatte 2 platziert.
  • 3. Drittes Ausführungsbeispiel
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird gemäß der Zeichnung beschrieben. 10 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau des Hauptabschnitts des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. In dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungssbeispiel unterscheidet sich der Anordnungsaufbau des Substrats 3 von dem gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Um die Zeichnung und dergleichen zu vereinfachen, wird ein Beispiel eines Aufbaus beschrieben, bei dem nur ein Satz von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf einer Basisplatte 2 platziert ist, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Ein Aufbau, bei dem eine Mehrzahl von Sätzen von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf der Basisplatte 2 platziert werden, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, kann offenkundig in einer ähnlichen Art und Weise angewendet werden. Man beachte, dass der Aufbau ähnlich zu dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, sofern in diesem Ausführungsbeispiel nichts anderes beschrieben ist.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 in dem oberen Armsubstrat 3B genauso wie gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, jedoch ist die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 in dem unteren Armsubstrat 3A anders. In dem unteren Armsubstrat 3A ist also das Schaltelement 4 auf der Seite des oberen Armsubstrats 2B bezüglich der Verbindungsanschlussregion 6 in diesem Ausführungsbeispiel angeordnet. Folglich ist in dem Halbleitermodul 1 nur die Verbindungsanschlussregion 6 des oberen Armsubstrats 3B, das eines von dem Paar von Substraten 3A und 3B ist, auf der Seite des unteren Armsubstrats 3A bezüglich des Schaltelements 4B des Substrats 3B angeordnet. Man beachte, da das Diodenelement 5 des unteren Armsubstrats 3A in Reihe mit dem Schaltelement 4 in orthogonaler Richtung C angeordnet ist, ist das Diodenelement 5 auf der Seite des oberen Armsubstrats 3B bezüglich der Verbindungsanschlussregion 6 in einer ähnlichen Art und Weise zu dem Schaltelement 4 angeordnet. Die Positionsbeziehung zwischen dem Schaltelement 4 und dem Diodenelement 5 in orthogonaler Richtung C in jedem der Substrate 3A und 3B ist ähnlich wie in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
  • In dem Halbleitermodul 1 haben folglich das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B nicht den gleichen Aufbau. Das untere Armsubstrat 3A hat einen Aufbau, bei dem die Positionsbeziehung des oberen Armsubstrats 3B in orthogonaler Richtung C umgekehrt ist, wie in einem Spiegel. Der Anordnungsaufbau des Substrats 3 des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird erreicht, indem das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B in Reihe angeordnet werden, so dass die Schaltelemente 4 beide auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D positioniert sind.
  • 4. Viertes Ausführungsbeispiel
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird gemäß der Zeichnung beschrieben. 11 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau des Hauptabschnitts des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. In dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich der Anordnungsaufbau des Substrats 3 von dem gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel. Um die Zeichnung und dergleichen zu vereinfachen, wird ein Beispiel eines Aufbaus beschrieben, bei dem nur ein Satz von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf einer Basisplatte 2 platziert ist, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Jedoch kann ein Aufbau offensichtlich in ähnlicher Weise angewendet werden, bei dem eine Mehrzahl von Sätzen des Paars von Substraten 3A und 3B auf der Basisplatte 2 platziert werden, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass der Aufbau ähnlich ist wie der Aufbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder zweiten Ausführungsbeispiel, sofern in diesem Ausführungsbeispiel nichts anderes beschrieben wird.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 in dem unteren Armsubstrat 3A der gleiche wie gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel, jedoch ist die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 in dem oberen Armsubstrat 3B anders. In dem oberen Armsubstrat 3B ist das Schaltelement 4 auf der Seite des unteren Armsubstrats 3A bezüglich der Verbindungsanschlussregion 6 in diesem Ausführungsbeispiel angeordnet. Folglich ist in dem Halbleitermodul 1 nur die Verbindungsanschlussregion 6 des unteren Armsubstrats 3A, das eines von dem Paar von Substraten 3A und 3B ist, auf der Seite des oberen Armsubstrats 3B bezüglich des Schaltelements 4A des Substrats 3A angeordnet. Man beachte, da das Diodenelement 5 des oberen Armsubstrats 3B in Reihe mit dem Schaltelement 4 in orthogonaler Richtung C angeordnet ist, ist das Diodenelement 5 auf der Seite des unteren Armsubstrats 3A bezüglich der Verbindungsanschlussregion in einer ähnlichen Art und Weise zu dem Schaltelement 4 angeordnet. Die Positionsbeziehung zwischen dem Schaltelement 4 und dem Diodenelement 5 in orthogonaler Richtung C in jedem der Substrate 3A und 3B ist ähnlich zu der gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
  • In dem Halbleitermodul 1 haben folglich das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B nicht den gleichen Aufbau. Das obere Armsubstrat 3B hat einen Aufbau, bei dem die Positionsbeziehung des unteren Armsubstrats 3A in orthogonaler Richtung C umgekehrt ist, wie in einem Spiegel. Der Anordnungsaufbau des Substrats 3 des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird erreicht durch Anordnen des unteren Armsubstrats 3A und des oberen Armsubstrats 3B in Reihe, so dass die Schaltelemente 4 beide auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D positioniert sind.
  • 5. Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird gemäß der Zeichnung beschrieben. 12 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau des Hauptabschnitts des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Das Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel in erster Linie dadurch, dass jedes Substrat 3 von dem Schaltelement 4, dem Diodenelement 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 jeweils zwei enthält. Um die Zeichnung und dergleichen zu vereinfachen wird ein Beispiel eines Aufbaus beschrieben, bei dem nur ein Satz des Paars von Substraten 3A und 3B auf einer Basisplatte 2 platziert ist, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Jedoch kann offensichtlich ein Aufbau in ähnlicher Art und Weise angewendet werden, bei dem eine Mehrzahl von Sätzen des Paars von Substraten 3A und 3B auf der Basisplatte 2 platziert wird, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass der Aufbau ähnlich zu dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder dem zweiten Ausführungsbeispiel ist, sofern in diesem Ausführungsbeispiel nichts anderes beschrieben wird.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 auf jedem Substrat 3 wie folgt. Die zwei Schaltelemente 4 sind benachbart in Reihe zueinander in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet. Ebenso sind die zwei Diodenelemente 5 in Reihe zueinander in Kühlmediumflussrichtung D benachbart angeordnet. Die zwei Schaltelemente 4 und die zwei Diodenelemente 5 sind Reihe in orthogonaler Richtung C angeordnet. Die zwei Schaltelemente 4 und die zwei Diodenelemente 5 sind auf der gleichen Kupferfolie 10 angeordnet. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel hat das Schaltelement 4 eine äußere Form, die etwas größer ist als die des Diodenelements 5. Die Mittelposition des Diodenelements 5 in Kühlmittelflussrichtung D ist an einer Position angeordnet, die in Bezug zu der Mittelposition des Schaltelements 4 in Kühlmediumflussrichtung D zu einer Seite hin versetzt ist, wo die zwei Diodenelemente 5 zueinander weisen, wodurch die Ränder auf der zugewandten Seite der zwei Schaltelemente 4 und der zwei Diodenelemente 5 in einzelnen geraden Linien sind. Die Verbindungsanschlussregionen 6 sind an einer Position angeordnet, die in orthogonaler Richtung C ungefähr die gleiche ist, wie die der zwei Schaltelemente 4, und sind jeweils benachbart zu beiden Seiten (Stromaufwärtsseite und Stromabwärtsseite) der Kühlmediumflussrichtung D mit den zwei Schaltelementen 4 dazwischenliegend angeordnet.
  • In der Beziehung zwischen dem Paar des unteren Armsubstrats 3A und des oberen Armsubstrats 3B, die in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D (in Reihe in vertikaler Richtung in 12) angeordnet sind, sind die zwei Schaltelemente 4 in orthogonaler Richtung C auf einer Seite in einem Substrat 3 angeordnet, und die zwei Diodenelemente 5 sind in orthogonaler Richtung C auf der einen Seite in dem anderen Substrat 3 angeordnet. Speziell sind in dem unteren Armsubstrat 3A die zwei Schaltelemente 4 in orthogonaler Richtung C (linke Seite in 12) auf der linken Seite angeordnet, und die zwei Diodenelemente 5 sind in orthogonaler Richtung C (rechte Seite in 12) auf der rechten Seite angeordnet. Andererseits, sind in dem oberen Armsubstrat 3B in einer Art und Weise, die entgegengesetzt ist zu der des unteren Armsubstrats 3A, die zwei Diodenelemente 5 in orthogonaler Richtung C auf der linken Seite angeordnet, und die zwei Schaltelemente 4 sind in orthogonaler Richtung C auf der rechten Seite angeordnet. Man beachte, dass die Verbindungsanschlussregion 6 in ähnlicher Weise wie das Schaltungselement 4 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C (linke Seite in 12) in dem unteren Armsubstrat 3A angeordnet ist, und in orthogonaler Richtung C auf der rechten Seite in dem oberen Armsubstrat 3B angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel, um eine Anordnung des Paars des unteren Armsubstrats 3A des oberen Armsubstrats 3B zu erhalten, die eine derartige Beziehung erfüllt, hat das Paar der Substrate 3A und 3B den gleichen Aufbau, und das Paar von Substraten 3A und 3B ist punktsymmetrisch angeordnet. In diesem Fall ist das Paar von Substraten 3A und 3B punktsymmetrisch bezüglich der Mittelposition in Kühlmediumflussrichtung D und Orthogonalrichtung C des Paars von Substraten 3A und 3B als die Referenz angeordnet.
  • 6. Andere Ausführungsbeispiele
    • (1) In dem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Halbleitermodulen 1, wie oben für jedes Ausführungsbeispiel beschrieben, in Kombination verwendet werden, und jedes Halbleitermodul 1 einen unterschiedlichen Erhitzungswert aufweist, werden die Halbleitermodule 1 vorzugsweise derart angeordnet, dass das Halbleitermodul 1, das einen höheren Erhitzungswert aufweist, auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D ist. 13 zeigt ein Beispiel, bei dem zwei Halbleitermodule 1A und 1B, die unterschiedliche Erhitzungswerte haben, in Reihe in der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind. In diesem Beispiel ist der Aufbau jedes Halbleitermoduls 1 der gleiche wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das erste Halbleitermodul 1A, das auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet ist, hat einen größeren Erhitzungswert, als das zweite Halbleitermodul 1B, das auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet. In diesem Beispiel verläuft das Kühlmedium durch den Kühlmediumflusspfad 7 des ersten Halbleitermoduls 1A, und verläuft dann durch den Kühlmediumflusspfad 7 des zweiten Halbleitermoduls 1B gemäß der Flussrichtung D. Diese Konfiguration erlaubt die Reduzierung der Kühleffizienz, da die Temperatur des Kühlmediums allmählich ansteigt, wenn das Kühlmedium in Flussrichtung D stromabwärts fließt, und der Erhitzungswert jedes Halbleitermoduls 1 ausgeglichen wird. Man beachte, in dem Fall, bei dem die Mehrzahl von Halbleitermodulen 1 unterschiedliche Erhitzungswerte in dieser Art und Weise haben, wird die Wechselrichterschaltung 11, die durch jedes Halbleitermodul 1 gebildet wird, gebildet zum Ansteuern jedes Elektromotors mit unterschiedlichen Ausgangssignalen, beispielsweise kann dadurch die Strommenge, die durch das Schaltelement 4 jedes Halbleitermoduls 1 fließt, abweichen.
    • (2) In dem Fall, bei dem eine Mehrzahl der Halbleitermodule 1 in jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel in Kombination verwendet wird, werden vorzugsweise zwei Halbleitermodule 1 derart angeordnet, dass der positive Anschluss 44a und der negative Anschluss 44b jedes Halbleitermoduls 1 auf einer Seite positioniert sind, die nahe zu dem anderen benachbarten Halbleitermodul 1 liegt. 14 zeigt ein Beispiel einer derartigen Anordnung der zwei Halbleitermodule 1A und 1B. In diesem Beispiel ist der Aufbau jedes Halbleitermoduls 1 der gleiche wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das erste Halbleitermodul 1A, das auf der unteren Seite in 14 angeordnet ist, ist in einer Richtung angeordnet, in der die Positionen des positiven Anschlusses 44a und des negativen Anschlusses 44b auf der Seite des benachbarten zweiten Halbleitermoduls 1B sind. Das zweite Halbleitermodul 1B, das auf der oberen Seite in der 14 angeordnet ist, ist in einer Richtung angeordnet, in der die Positionen des positiven Anschlusses 44a und des negativen Anschlusses 44b auf der Seite des benachbarten ersten Halbleitermoduls 1A angeordnet sind. Durch Anordnen der zwei Halbleitermodule 1A und 1B in dieser Art und Weise kann eine positive Busschiene 48B und eine negative Busschiene 48B der zwei Halbleitermodule 1A und 1B gemeinsam verwendet werden, und ferner können die positive Busschiene 48A und die negative Busschiene 48B parallel angeordnet werden, wie in 14 gezeigt. Durch Anordnen der positiven Busschiene 48A und der negativen Busschiene 48B parallel in dieser Art und Weise kann das Auftreten eines Magnetfeld um die positive Busschiene 48A und die negative Busschiene 48B herum ausgelöscht werden, aufgrund des Einflusses von parallelen Strömen, die jeweils in entgegengesetzten Richtungen in der positiven Busschiene 48A und der negativen Busschiene 48B fließen, wodurch die Induktivität der positiven Busschiene 48A und der negativen Busschiene 48B reduziert werden kann.
    • (3) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel ein Fall beschrieben worden, bei dem als Kühlmedium, eine Kühlflüssigkeit verwendet wird, bei der Ethylenglycol und dergleichen Wasser zugegeben wird, jedoch ist das Kühlmedium der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Verschiedene Kühlmedien einer bekannten Flüssigkeit oder eines Gases können geeignet für das Halbleitermodul 1 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
    • (4) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein spezifisches Beispiel des Aufbaus, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind”, die Konfiguration beschrieben worden, bei der die Richtung, die Mittelpositionen einer Mehrzahl von Elemente und Substraten verbindet, ungefähr parallel in Bezug zu der Kühlmediumflussrichtung D ist. Jedoch ist der Aufbau, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind” nicht darauf beschränkt. Selbst wenn die Richtung, die die Mittelpositionen der Mehrzahl von Elementen oder Substraten verbindet, in eine Richtung angeordnet ist, die die Kühlmediumflussrichtung D kreuzt, kann ein Aufbau in Betracht gezogen werden, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind”, als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in dem Fall, bei dem mindestens ein Teil der Elemente oder Substrate in einer Positionsbeziehung sind, bei der sie sich in orthogonaler Richtung C überlappen.
    • (5) In ähnlicher Weise ist in jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Aufbau, bei dem die Richtung, die die Mittelposition einer Mehrzahl von Elementen oder Substraten verbindet, ungefähr parallel in Bezug zu der orthogonalen Richtung C angeordnet ist, als ein spezifisches Beispiel des Aufbaus beschrieben worden, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in orthogonaler Richtung C bezüglich der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet sind”. Jedoch ist der Aufbau, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in orthogonaler Richtung C angeordnet sind” nicht darauf beschränkt. Selbst wenn die Richtung, die die Mittelpositionen der Mehrzahl von Elementen oder Substraten verbindet, in einer Richtung angeordnet ist, die die orthogonale Richtung C kreuzt, kann ein Aufbau in Betracht gezogen werden, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in orthogonaler Richtung C angeordnet sind”, als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in dem Fall, bei dem mindestens ein Teil der Elemente oder Substrate in ein Positionsbeziehung sind, bei der sie sich in Kühlmediumflussrichtung D überlappen.
    • (6) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem die Mehrzahl von parallelen Lamellen 8 für die untere Fläche 2B der Basisplatte 2 als das Parallelflussbildungsmittel bereitgestellt ist. Der spezielle Aufbau des Parallelflussbildungsmittels ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist ein Aufbau, bei dem die Mehrzahl von parallelen Lamellen 8 auf der Seite des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet sind, das einen Körper separat von der Basisplatte 2 aufweist, und bei dem die obere Fläche jeder Lamelle 8 die Basisplatte 2 kontaktiert, ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Irgendeine Anzahl, ein Abstand oder dergleichen der Lamellen 8 kann ebenso verwendet werden. Das Parallelflussbildungsmittel kann auch durch eine Komponente gebildet werden, die eine andere ist als die Lamelle 8. Beispielsweise können parallele Flüsse des Kühlmediums in eine bestimmte Richtung in einer ähnlichen Weise durch eine Mehrzahl von langen Durchgangslöchern, Rillen oder dergleichen für die Basisplatte 2 vorgesehen werden. In diesem Fall ist das Durchgangsloch, die Rille oder dergleichen das Parallelflussbildungsmittel.
    • (7) Ein Aufbau, bei dem die Spitze der Lamelle 8 eine bestimmte Lücke bezüglich des zugewandten Plattenelements bildet, ist ebenfalls geeignet. Obwohl der Fall, bei dem die Bodenfläche (untere Fläche in 2 und 3) der Lamelle 8 als das Parallelflussbildungsmittel bereitgestellt ist zum Kontaktieren des Kontaktplattenabschnitts 12b des Wasserpfadbildungselements 12 beschrieben wurde als ein Beispiel in jedem obigen Ausführungsbeispiel, ist ein Aufbau ebenfalls geeignet, bei dem die Bodenfläche der Lamelle 8 eine spezifische Lücke bezüglich des Kontaktplattenabschnitts 12b bildet. Ähnlich ist in dem Fall, bei dem die Lamelle 8 auf der Seite des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet ist, ebenso ein Aufbau geeignet, bei dem die obere Fläche der Lamelle 8 eine spezifische Lücke bezüglich der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 bildet.
    • (8) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem jeder der parallelen Flüsse des Kühlmediums, die durch das Parallelflussbildungsmittel gebildet werden, geradlinig ist. Die parallelen Flüsse des Kühlmediums, die durch das Parallelflussbildungsmittel gebildet werden, sind jedoch nicht auf einen geradlinigen Fluss begrenzt, und können einen gekrümmten Fluss aufweisen mit einem gebogenen Abschnitt, wie beispielsweise eine Wellenform. In diesem Fall, wenn das Parallelflussbildungsmittel die Lamelle 8 ist, ist beispielsweise jede Lamelle 8 in Planaransicht in eine gebogene Wellenform oder dergleichen, gekrümmt.
    • (9) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben, bei dem das untere Armsubstrat 3A, das das untere Armschaltelement 4A enthält, auf der Stromabwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D bezüglich des oberen Armsubstrats 3B angeordnet ist. Ein Aufbau, bei dem das untere Armsubstrat 3A auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumflussrichtung D bezüglich des oberen Armsubstrats 3B angeordnet ist, ist jedoch ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall, wird vorzugsweise die Temperaturdetektionsschaltung 9a für das untere Armschaltelement 4A weggelassen und die Temperaturdetektionsschaltung 9a des oberen Armschaltelements 4B, das auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet ist, vorgesehen, aus Sicht der Zuverlässigkeit der Temperaturkontrolle. Man beachte, dass dies nicht einen Aufbau ausschließt, bei dem die Temperaturdetektionsschaltung 9a des oberen Armschaltelements 4B, die auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet ist, weggelassen wird, und die Temperaturdetektionsschaltung 9a des unteren Armschaltelements 4A, das auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumflussrichtung D angeordnet ist, vorgesehen wird. Die Temperaturdetektionsschaltung 9a kann auch für beide, das untere Armschaltelement 4A und das obere Armschaltelement 4B bereitgestellt werden.
    • (10) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als Beispiel ein Aufbau beschrieben worden, bei dem die Mehrzahl von Substraten 3 auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 angeordnet ist, und der Kühlmediumpfad 7 für die untere Fläche 2B der Basisplatte 2 vorgesehen wird, aber das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Die Anordnungsrichtung der Basisplatte 2 ist also willkürlich, und das Einstellen der Fläche, in der die Mehrzahl von Substraten 3 angeordnet wird, um nach unten oder zur Seite zu weisen, ist ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • (11) In dem oben beschriebenen ersten, zweiten und fünften Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem das Paar von Substraten 3A und 3B den exakt gleichen Aufbau haben. Um die Anordnung des Paars von Substraten 3A und 3B, wie oben beschrieben, zu erreichen, ist es jedoch nicht notwendig, dass die Aufbauten des Paars von Substraten 3A und 3B vollständig gleich sind, solange mindestens die Anordnungen des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 gleich sind. Folglich ist ein Aufbau, bei dem das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B die gleichen Anordnungen bezüglich des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 haben, aber sonst eine andere Konfiguration haben, und bei dem das Paar von Substraten 3A und 3B punktsymmetrisch angeordnet ist, ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • (12) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist hauptsächlich ein Beispiel beschrieben worden, bei dem das Halbleitermodul 1 auf die Wechselrichterschaltung 11 oder die Chopperschaltung angewendet wird, Der Bereich der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und kann geeignet für verschiedene Halbleitermodule 1 verwendet werden, bei denen eine entsprechende Kühlung des Schaltelements 4 erforderlich ist.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann geeignet für Halbleitermodule verwendet werden, die eine Basisplatte, eine Mehrzahl von Substraten, die auf einer Fläche der Basisplatte platziert sind und jeweils ein Schaltelement, ein Diodenelement und eine Verbindungsanschlussregion enthalten, und einen Kühlmediumflusspfad, der bereitgestellt ist zum Kontakt der andere Fläche der Basisplatte, enthalten.

Claims (8)

  1. Halbleitermodul mit einer Basisplatte (2); einer Mehrzahl von Substraten (3), die auf einer Oberfläche der Basisplatte (2) platziert sind und jeweils ein Schaltelement (4), ein Diodenelement (5) und eine Verbindungsanschlussregion (6) enthalten; und einem Kühlmediumflusspfad (7), der bereitgestellt ist zum Kontaktieren einer anderen der einen Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Basisplatte (2); wobei: ein Parallelflussbildungsmittel, das parallele Flüsse eines Kühlmediums in eine Richtung (D) in dem Kühlmediumflusspfad (7) bildet, bereitgestellt ist; wobei das Schaltelement (4) und das Diodenelement (5) in Reihe in orthogonaler Richtung bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet sind, und das Schaltelement (4) und die Verbindungsanschlussregion (6) an Positionen angeordnet sind, die in Kühlmediumflussrichtung (D) in jedem der Substrate (3) verschieden sind; wobei jeweils zwei Substrate von der Mehrzahl von Substraten ein Paar bilden und in Reihe in Kühlmediumflussrichtung angeordnet sind, das Schaltelement (4) in orthogonaler Richtung zu der Kühlmittelflussrichtung auf einer Seite auf einem der Substrate des Paars von Substraten angeordnet ist, und das Diodenelement (5) in orthogonaler Richtung zu der Kühlmediumflussrichtung auf der einen Seite auf dem anderen Substrat des Paars von Substraten angeordnet ist; und wobei die Verbindungsanschlussregion (6) von mindestens einem Substrat von dem Paar von Substraten bezüglich des Schaltelements des Substrats auf einer Seite hin zum anderen Substrat angeordnet ist, wobei die Schaltelemente (4) von jedem von dem Paar von Substraten versetzt in orthogonaler Richtung bezüglich der Flussrichtung des Kühlmittelmediums an verschiedenen Positionen angeordnet sind.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem die Substrate des Paars von Substraten einen identischen Aufbau zueinander aufweisen und punktsymmetrisch angeordnet sind.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Verbindungsanschlussregionen von beiden Substraten von dem Paar von Substraten auf einer Seite hin zum anderen Substrat bezüglich des Schaltelements jedes Substrats angeordnet ist.
  4. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Parallelflussbildungsmittel eine Mehrzahl von Lamellen aufweist, die zueinander entlang der anderen Oberfläche der Basisplatte parallel angeordnet sind.
  5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Temperaturdetektionsmittel (9a), das für das Schaltelement (4) des Substrats (3) bereitgestellt ist, das in Kühlmediumflussrichtung stromabwärtsseitig angeordnet ist, zur Temperaturdetektion für eine Temperaturkontrolle der Schaltelemente (4) von beiden von dem Paar von Substraten.
  6. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Temperaturdetektionsmittel (9a), das für das Schaltelement (4), das mit Masse verbunden ist, bereitgestellt ist, zur Temperaturdetektion für eine Temperaturkontrolle der Schaltelemente (4) von beiden von dem Paar von Substraten.
  7. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Mehrzahl von Substraten sechs Substrate sind, die jeweils ein Schaltelement von einem unteren Zweig und einem oberen Zweig jeder Phase enthalten, die eine Dreiphasen-AC-Wechselrichterschaltung bilden, und die auf der einen Oberfläche der Basisplatte platziert sind.
  8. Wechselrichtervorrichtung enthaltend das Halbleitermodul gemäß Anspruch 7.
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