DE112008000533T5 - Halbleitermodul und Wechselrichtervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitermodul mit
einer Basisplatte;
einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Oberfläche der Basisplatte platziert sind und jeweils ein Schaltelement und ein Diodenelement aufweisen; und
einem Kühlmediumströmungspfad, der bereitgestellt ist zum Kontaktieren der anderen Oberfläche der Basisplatte; wobei
ein Parallelströmungsbildungsmittel bereitgestellt ist, das parallele Strömungen von einem Kühlmedium in eine bestimmte Richtung in dem Kühlmediumströmungspfad bildet;
das Schaltelement und das Diodenelement in Reihe in einer orthogonalen Richtung bezüglich einer Strömungsrichtung des Kühlmediums in jedem der Substrate angeordnet sind;
eine Mehrzahl von Sätzen von der Mehrzahl von Substraten, wobei jeder Satz durch ein Paar von Substraten gebildet wird, mit jeweils einem von einem Paar von einem unteren Armschaltelement und einem oberen Armschaltelement, in Reihe in orthogonaler Richtung angeordnet ist, und das Paar von Substraten, das jeden von den Sätzen bildet, in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet ist; und
das Schaltelement auf einer Seite in orthogonaler...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einer Basisplatte, einer Mehrzahl von Substrate, die auf einer Oberfläche der Basisplatte platziert sind und jeweils ein Schaltelement, ein Diodenelement und eine Verbindungsanschlussregion aufweisen, und mit einem Kühlmediumströmungspfad, der bereitgestellt ist, um die andere Oberfläche der Basisplatte zu kontaktieren, und eine Wechselrichtervorrichtung.
  • Hintergrundtechnik
  • In einer Wechselrichterschalung zum Antreiben eines Elektromotors mit einer großen Ausgangsleistung, der für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder dergleichen verwendet wird, hat beispielsweise ein Halbleitermodul, das ein Schaltelement enthält, das die Wechselrichterschaltung bildet, einen großen Erhitzungswert, wodurch eine weitere Größenreduzierung erforderlich ist. Folglich wird oft ein Wasserkühlsystem als eine Kühlstruktur des Halbleitermoduls verwendet. Als Konfiguration des Halbleitermoduls mit einem derartigen Wasserkühlsystem offenbart das im Folgenden genannte Patentdokument 1 eine Konfiguration, die beispielsweise in den 14A, 14B und 14C gezeigt ist. 14A zeigt eine Draufsicht, 14B zeigt eine Seitenansicht und 14C zeigt eine Erhebungsansicht. Ein Halbleitermodul 101, wie in den 14A, 14B und 14C gezeigt, enthält eine Basisplatte 102, in der eine Lamelle 103 in Streifenform auf einer Rückfläche 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) bereitgestellt, um eine Bodenfläche der Lamelle 103 (Fläche auf einer unteren Seite der Lamelle 103 in 14B) zu kontaktieren, wodurch jeder Kühlmediumströmungspfad 104 zwischen der Mehrzahl von Lamellen 103 gebildet wird. In dem Halbleitermodul 101 ist folglich eine Kühlmediumströmungsrichtung D die Längsrichtung (horizontale Richtung in 14) der Basisplatte 102. Sechs Substrate 104, die auf der Basisplatte 102 platziert sind, sind in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet.
  • Auf jedem Substrat 104 sind von einem IGBT(insulated gate bipolar transistor = bipolarer Transistor mit isoliertem Gateanschluss)-Element als ein Schaltelement 106 und einem Diodenelement 107 jeweils zwei angeordnet. Eine Verbindungsanschlussregion 108, in der ein Drahtbonden zur elektrischen Verbindung der Elemente 106 und 107 und eines Steuersubstrat (nicht gezeigt) auf jedem Substrat 104 erfolgt, ist benachbart zu jedem Substrat 104 angeordnet. Auf dem Substrat 104 sind zwei Schaltelemente 106 und zwei Diodenelemente 107 abwechselnd in Reihe in einer orthogonalen Richtung bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet. Die Verbindungsanschlussregion 108 ist auf einer Seite angeordnet, die einer Seite gegenüberliegt, auf der ein Paar von Substraten 104A und 104B in Kühlmediumströmungsrichtung D zueinander weist. [Patentdokument 13 Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP-A-2004-349324 (Seiten 6 und 7, und 5)
  • Offenbarung der Erfindung
  • In der Konfiguration des Halbleitermoduls gemäß 14, wie oben beschrieben, sind alle sechs Substrate 104 in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet. Folglich kühlt eine einzelne Strömung des Kühlmediums durch jeden Kühlmediumströmungspfad 105, der zwischen der Mehrzahl von Lamellen 103 gebildet wird, sequenziell die Mehrzahl von (mindestens drei) Schaltelementen 106. Entsprechend besteht ein Problem darin, dass die Temperatur des Kühlmediums, das durch jeden Kühlmediumströmungspfad 105 strömt, allmählich ansteigt, wodurch die Kühleffizienz für das Schaltelement 106 auf der Stromabwärtsseite abnimmt.
  • Die vorliegende Erfindung ist aus Sicht des obigen Problems gemacht worden und hat als Aufgabe die Schaffung eines Halbleitermoduls und einer Wechselrichtervorrichtung, die eine Konfiguration aufweist, die geeignet das Schaltelement aller Substrate kühlen kann, in Bezug auf eine Konfiguration, bei der eine Mehrzahl von Substraten auf einer Fläche einer Basisplatte platziert ist, und ein Kühlmediumströmungspfad bereitgestellt ist, um die andere Fläche zu kontaktieren.
  • In einer beispielhaften Konfiguration 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 und ein Dio denelement aufweisen, und einen Kühlmediumströmungspfad, der bereitgestellt ist zum Kontaktieren der anderen Oberfläche der Basisplatte, in der ein Parallelströmungsbildungsmittel vorgesehen ist, das parallele Strömungen eines Kühlmediums in eine spezifische Richtung in dem Kühlmediumströmungspfad bildet, wobei das Schaltelement und das Diodenelement in Reihe in einer orthogonalen Richtung bezüglich einer Strömungsrichtung des Kühlmediums in jedem der Substrate angeordnet sind, eine Mehrzahl von Sätzen von Substraten, wobei jeder Satz durch ein Paar von Substraten gebildet ist, die jeweils eines von einem Paar von einem unteren Armschaltelement und einem oberen Armschaltelement enthalten, in orthogonaler Richtung in Reihe angeordnet ist, und das Paar von Substraten, das jeden von den Sätzen bildet, in Kühlmediumströmungsrichtung in Reihe angeordnet ist, und das Schaltelement in orthogonaler Richtung in einem Substrat auf einer Seite angeordnet ist, und das Diodenelement in orthogonaler Richtung in dem anderen Substrat von dem Paar von Substraten, das jeden von den Sätzen bildet, auf der einen Seite angeordnet ist.
  • Gemäß der beispielhaften Konfiguration sind die Schaltelemente, die jeden Satz bilden, von jedem von dem Paar von Substraten, die in Kühlmediumströmungsrichtung in Reihe angeordnet sind, an Positionen angeordnet, die offensichtlich voneinander in orthogonaler Richtung bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung verschieden sind, bei einer Konfiguration, bei der das Schaltelement und das Diodenelement von jedem von der Mehrzahl von Substraten, die auf der einen Oberfläche der Basisplatte platziert sind, in Serie und in Reihe in der orthogonalen Richtung bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung in dem Kühlmediumströmungspfad, der auf der anderen Oberfläche der Basisplatte bereitgestellt ist, angeordnet sind. Gemäß der beispielhaften Konfiguration sind die Mehrzahl von Sätzen, wobei jeder Satz durch das Paar von Substraten gebildet wird, die jeweils eines von dem Paar von dem unteren Armschaltelement und dem oberen Armschaltelement enthalten, in Reihe in orthogonaler Richtung angeordnet sind, wodurch nicht mehr Substrate, die andere sind als das Paar von Substraten, die den Satz bilden, in der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind, selbst in dem Fall, bei dem die Mehrzahl von Sätzen von Substraten auf der Basisplatte angeordnet ist.
  • Eine einzelne Strömung des Kühlmediums entlang der parallelen Strömungen in dem Kühlmediumströmungspfad kann 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. Mit anderen Worten kann eine Reduzierung der Kühleffizienz für das Schaltelement auf der Stromabwärtsseite, aufgrund eines Aufbaus, bei dem eine einzelne Strömung des Kühlmediums nach einem Kühlen des Schaltelements von einem Substrat auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung eine höhere Temperatur aufweist, weiter das Schaltelement des anderen Substrats auf der Stromabwärtsseite kühlt, verhindert werden. Folglich kann das Schaltelement aller Substrate, die auf der einen Oberfläche der Basisplatte platziert sind, entsprechend gekühlt werden.
  • Vorzugsweise ist das Paar von Substraten bezüglich ihrer Konfigurationen identisch und punktsymmetrisch angeordnet.
  • Bei diesem Aufbau, wie oben beschrieben, sind die Schaltelemente von jedem von dem Paar von Substraten, die in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet sind, an Positionen angeordnet, die offensichtlich voneinander in orthogonaler Richtung bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung verschieden sind, und das Paar von Substraten kann gemeinsam verwendet werden. Da die Schaltelemente von jedem von dem Paar von Substraten, die in Serie in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet sind, an Positionen angeordnet sind, die offensichtlich voneinander in der orthogonalen Richtung bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung verschieden sind, ist folglich eine Mehrzahl von Typen von Substraten, die unterschiedliche Anordnungen der Elemente und dergleichen haben, nicht notwendig, wodurch eine Erhöhung der Herstellungskosten des Halbleitermoduls vermieden werden kann.
  • Vorzugsweise enthält jedes der Substrate eine Verbindungsanschlussregion, die an einer Position angeordnet ist, die in Kühlmediumströmungsrichtung von einer Position des Schaltelements verschieden ist, und die Verbindungsanschlussregion von einem oder von beiden von dem Paar von Substraten ist auf einer Seite des anderen Substrats bezüglich des Schaltelements von jedem der Substrate angeordnet.
  • Bei dieser Konfiguration sind die zwei Schaltelemente von jedem Paar von Substraten in Kühlmediumströmungsrichtung mit den Verbindungsanschlussregionen von mindestens einem Substrat dazwischen liegend angeordnet. Entsprechend sind die Schaltelemente, die die größte Wärme erzeugen, an Positionen angeordnet, die in dem Paar von Substraten getrennt sind, wodurch das Auftreten einer thermischen Interferenz auf der Basisplatte, die verursacht wird durch Wärme, die von dem Schaltelement des Paars von Substraten übertragen wird, vermie den werden kann. Folglich kann das Schaltelement aller Substrate entsprechend gekühlt werden.
  • Vorzugsweise enthält jedes der Substrate eine Mehrzahl von Schaltelementen und eine identische Anzahl von Diodenelementen und Verbindungsanschlussregionen, wie die Anzahl an Schaltelementen, und die Mehrzahl der Verbindungsanschlussregionen ist auf einer Seite in orthogonaler Richtung bezüglich des Schaltelements und des Diodenelements angeordnet und in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet.
  • Bei diesem Aufbau ist die Mehrzahl der Verbindungsanschlussregionen in Reihe in der Kühlmediumströmungsrichtung auf der gleichen Seite in orthogonaler Richtung in dem Fall angeordnet, bei dem jedes Substrat eine Mehrzahl von Schaltelementen, Diodenelementen und Verbindungsanschlussregionen aufweist, wodurch die Anschlüsse der Leitungsanschlüsse und dergleichen, die an der Verbindungsanschlussregion jedes Substrats befestigt sind, in einer Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet werden können. In dem Fall, bei dem das Paar von Substraten, die in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet sind, den Satz bildet, sind ferner die Verbindungsanschlussregion des Substrats, das das untere Armschaltelement von einem der benachbarten Sätze enthält, und die Verbindungsanschlussregion des Substrats, das das untere Armschaltelement des anderen Satzes enthält, angeordnet, um in den zwei benachbarten Sätzen zueinander zu weisen, wodurch die Anschlüsse der Leitungsanschlüsse und dergleichen, die an den Verbindungsanschlussregionen der zwei Substrate befestigt sind, auch zusammen in einer Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet werden können. Der Aufbau des Verdrahtungsmusters und dergleichen des Steuersubstrats, das über der Mehrzahl von Substraten angeordnet und mit dem Anschluss des Leitungsanschlusses und dergleichen verbunden ist, kann folglich vereinfacht werden, und ein Verbindungsschritt, wie beispielsweise ein Verlöten des Anschlusses und des Steuersubstrats kann vereinfacht werden.
  • Das Parallelströmungsbildungsmittel ist vorzugsweise eine Mehrzahl von Lamellen, die parallel zueinander entlang der anderen Oberfläche der Basisplatte angeordnet sind.
  • Bei dieser Konfiguration können die parallelen Strömungen des Kühlmediums in Richtung entlang der Mehrzahl der Lamellen entsprechend in dem Kühlmediumströmungspfad gebildet werden. Da das Bereitstellen der Mehrzahl von Lamellen den Oberflächenbereich des Kühlme diumströmungspfads vergrößern kann, kann die Wärme, die von dem Substrat an die Basisplatte übertragen wird, effizient abgegeben werden.
  • Vorzugsweise erfolgt eine Temperaturdetektion für ein Temperaturmanagement des Schaltelements von beiden von dem Paar von Substraten, die jeden Satz bilden, mittels eines Temperaturdetektionsmittels, das für das Schaltelement des Substrats bereitgestellt wird, das in Kühlmediumströmungsrichtung in jedem Satz stromabwärtsseitig angeordnet ist.
  • Bei diesem Aufbau kann das Temperaturdetektionsmittel für das Schaltelement des Substrats, das auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung 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 in Kühlmediumströmungsrichtung, 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 Betriebssicherheitstemperaturbereich, und verursacht folglich kein Problem, selbst wenn das Temperaturmanagement durchgeführt wird, indem nur das Temperaturdetektionsergebnis der Schaltelemente des Substrats, das auf der Stromabwärtsseite angeordnet ist, verwendet wird.
  • Vorzugsweise erfolgt eine Temperaturdetektion für ein Temperaturmanagement für das Schaltelement von beiden von dem Paar von Substraten, die jeden Satz bilden, durch ein Temperaturdetektionsmittel, das für das untere Armschaltelement, das mit Masse verbunden ist, bereitgestellt wird.
  • Mit dieser Konfiguration kann das Temperaturdetektionsmittel einen Aufbau haben, bei dem das elektrische Potenzial von Masse die Referenz ist. Folglich kann der Aufbau vereinfacht werden, verglichen mit dem Temperaturdetektionsmittel, bei dem das elektrische Quellenpotenzial die Referenz ist, und die Herstellungskosten des Halbleitermoduls können reduziert werden.
  • Als die Mehrzahl von Substraten werden vorzugsweise sechs Substrate, die jeweils ein unteres Armschaltelement und ein oberes Armschaltelement jeder Phase enthalten, die eine Dreiphasen AC Wechselrichterschaltung bilden, vorzugsweise auf der einen Oberfläche der Basisplatte platziert.
  • Bei dieser Konfiguration werden alle Schaltelemente, die die Dreiphasen AC Wechselrichterschaltung bilden, integriert zu der Basisplatte bereitgestellt, wodurch die Dreiphasen AC Wechselrichterschaltung, die klein und leicht ist, einfach unter Verwendung des Halbleitermoduls gebildet werden kann.
  • Vorzugsweise wird auch eine Wechselrichtervorrichtung mit dem Halbleitermodul gebildet, das die Dreiphasen AC Wechselrichterschaltung bildet, wie oben beschrieben.
  • 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 Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt einen Schaltplan einer Wechselrichterschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt eine Draufsicht, die den Gesamtaufbau des Halbleitermoduls gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 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 Ausführungsbeispiel 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 vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, bei dem zwei Halbleitermodule, die unterschiedliche Erhitzungswerte haben, in Reihe in Kühlmediumströmungspfadrichtung angeordnet sind.
  • 13 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Anordnung von zwei Halbleitermodulen gemäß dem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14A, 14B und 14C zeigen Diagramme, die den Aufbau eines Halbleitermoduls gemäß der Hintergrundtechnik 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 ein 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. Zu beachten ist, dass der Aufbau oberhalb einer 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, die einen Kühlmediumströmungspfad 7 zum Kühlen des Substrats 3 enthält, das auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 platziert ist, speziell ein Schaltelement 4, das den höchsten Erhitzungswert aufweist. Wie in 6 gezeigt, bildet das Halbleitermodul 1 eine Wechselrichterschaltung 11 zum Antreiben eines elektrischen Dreiphasen AC Motors 31. Wie in 1 gezeigt, enthalten folglich die sechs Substrate 3 jeweils das Schaltelement 4 und ein Diodenelement 5, die auf der oberen Fläche 2A der Basisplatte 2 platziert sind. In dem Halbleitermodul 1, wie in 7 und 8 gezeigt, ist ferner ein Gehäuse 41 platziert, um die sechs Substrate 3 auf der Basisplatte 2 zu umschließen, und ein Steuersubstrat 5 zur Betriebssteuerung und dergleichen des Schaltelements 4 auf jedem Substrat 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 Kühlmediumströmungspfad 7, der bereitgestellt ist zum Kontaktieren einer unteren Fläche 2B der Basisplatte 2. In dem Kühlmediumströmungspfad 7 ist eine Mehrzahl von Lamellen 8 bereitgestellt als ein Parallelströmungsbildungsmittel, das parallele Strömungen des Kühlmediums in eine spezifische Richtung bildet. Wie in 2 bis 5 gezeigt, ist die Mehrzahl von Lamellen 8 parallel zueinander entlang der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 angeordnet. Jede Lamelle 8 ist in einer Plattenform ausgebildet, die eine spezifische Dicke aufweist und orthogonal zu der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 vorgesehen ist, und ist integriert mit der Basisplatte 2 ausgebildet durch einen Schneideprozess und dergleichen der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2. Die Abstände zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8 sind ungefähr konstant und die Höhe der Mehrzahl von Lamellen 8 ist auch konstant. Durch die Lamelle 8, die in dieser Art und Weise bereitgestellt wird, werden die Strömungen des Kühlmediums, das in den Kühlmediumströmungspfad 7 eingebracht wird, zu einer parallelen Strömung, die parallel zu einer Richtung ist, die definiert wird durch das Parallelströmungsbildungsmittel, also eine Richtung entlang der Lamelle 8. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel sind Strömungen des Kühlmediums parallel zueinander zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8 gebildet. Wie in 1 gezeigt, ist die Richtung parallel zu der Mehrzahl von Lamellen 8 (Richtung nach oben in 1) die Kühlmediumströmungsrichtung D. Die Richtung senkrecht zu der Kühlmediumströmungsrichtung D ist eine orthogonale Richtung C bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung (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 Oberfläche der vorliegenden Erfindung entspricht und die untere Fläche 2B der anderen Oberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
  • Wie in 2, 3 und 5 gezeigt, wird die Basisplatte 2 durch ein Wasserpfadbildungselement 12 abgestützt. Ein Bodenplattenelement 13 in einer flachen Plattenform ist bereitgestellt, um die Bodenfläche des Wasserpfadbildungselements 12 abzudecken. Das Wasserpfadbildungselement 12 hat äußerlich eine rechteckige Parallelepipedform, deren Planarform ungefähr gleich der der Basisplatte 2 ist. Das Wasserpfadbildungselement 12 hat eine Umfangswand 12a, die deren äußeren Umfang umgibt, einen Kontaktplattenabschnitt 12b, der die innere Seite der Umfangswand 12a bildet, und eine Trennwand 12c. Die obere Fläche der Um fangswand 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 derart bereitgestellt ist, dass er die Bodenfläche der Lamelle 8 (untere Fläche in 2 und 3) kontaktiert. Der Kühlmediumströmungspfad 7 wird folglich gebildet durch jeden von einer Mehrzahl von länglichen Räumen, die von der Mehrzahl von Lamellen 8 und dem Kontaktplattenabschnitt 12b umgeben sind. Folglich wird die Mehrzahl von parallelen Strömungen des Kühlmediums durch das Kühlmedium gebildet, das durch jeden von der Mehrzahl von Kühlmediumströmungspfaden 7 strömt, die durch die Mehrzahl von Lamellen 8 getrennt werden. 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 einströmseitiges Kühlmediumreservoir 14A und der Raum auf der linken Seite der Trennwand 12c ist ein ausströmseitiges Kühlmediumreservoir 14B.
  • Das einströmseitige Kühlmediumreservoir 14A ist mit dem Kühlmediumströmungspfad 7 über einen einströmseitigen Reduziererabschnitt 15A verbunden, das ausströmseitige Kühlmediumreservoir 14B ist mit dem Kühlmediumströmungspfad 7 über einen ausströmseitigen Reduziererabschnitt 15B verbunden. Der einströmseitige Reduziererabschnitt 15A und der ausströmseitige Reduziererabschnitt 15B sind durch einen Spalt zwischen der Umfangswand 12a und dem Kontaktplattenabschnitt 12b des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet. Wie in 4 gezeigt, sind der einströmseitige Reduziererabschnitt 15A und der ausströmseitige Reduziererabschnitt 15B beide offene Abschnitte, die eine lange Schlitzform in orthogonaler Richtung C haben. Das einströmseitige Kühlmediumreservoir 14A, das ausströmseitige Kühlmediumreservoir 14B, der einströmseitige Reduziererabschnitt 15A und der ausströmseitige Reduziererabschnitt 15B haben alle die gleiche Länge in orthogonaler Richtung, wie eine volle Breite W des Kühlmediumströmungspfads 7.
  • Das Kühlmedium strömt in einer Art und Weise, die im Folgenden beschrieben wird. Wie in 4 gezeigt, tritt das Kühlmedium von einem Einströmpfad 16A aus ein und wird zu dem einströmseitigen Kühlmediumreservoir 14A durch einen Förderdruck und dergleichen einer Pumpe (nicht gezeigt) befördert. Das Kühlmedium, das in das einströmseitige Kühlmediumreservoir 14A eingefüllt ist, verläuft durch den einströmseitigen Reduziererabschnitt 15A und strömt in dem Kühlmediumströmungspfad 7 zwischen der Mehrzahl von Lamellen 8, wie in den 3 bis 5 gezeigt. Wenn es durch den Kühlmediumströmungspfad 7 verläuft, führt das Kühlmedium einen Wärmeaustausch mit der Basisplatte 2 und der Lamelle 8 durch, wodurch das Substrat 3 auf der Basisplatte 2 gekühlt wird. Das Kühlmedium, das durch den Kühlmediumströmungspfad 7 verlaufen ist, verläuft durch den ausströmseitigen Reduziererabschnitt 15B, um zu dem ausströmseitigen Kühlmediumreservoir 14B gesendet zu werden. Dann verläuft das Kühlmedium, das in das ausströmseitige Kühlmediumreservoir 14B gefüllt ist, durch einen Ausströmpfad 16B, um ausgegeben zu werden. Wie oben beschrieben ist die Kühlmediumströmungsrichtung D in dem Kühlmediumströmungspfad 7 eine Richtung parallel zu der Mehrzahl von 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 gebildet, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist (beispielsweise Kupfer). In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kühlflüssigkeit, die für ein Fahrzeug verwendet wird, bei der Ethylenglykol und dergleichen Wasser und dergleichen zugesetzt wird, als das Kühlmedium verwendet.
  • 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 der 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 Kühlmediumströmungsrichtung D und drei Substrate 3 in Reihe in orthogonaler Richtung C ausgerichtet sind. Diese sechs Substrate 3 bilden die Wechselrichterschaltung 11, 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 Kühlmediumströmungsrichtung C angeordnet sind, das untere Armsubstrat 3A, und drei Substrate, die auf der Stromaufwärtsseite (untere Seite in 1) in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind, sind das obere Armsubstrat 3B. Sechs Substrate 3 sind als drei Sätze von Substraten 3 angeordnet, die in orthogonaler Richtung C ausgerichtet sind, wobei jeder Satz gebildet ist aus (einem Paar von) dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B als ein Paar, das in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist (in vertikaler Richtung in 1 ausgerichtet). Entsprechend ist auch jedes von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite als ein Paar in der Kühlstruktur angeordnet. Man beachte, dass das Konzept des unteren Arms und des oberen Arms später gemäß 6 beschrieben wird. In der folgenden Beschreibung werden das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B allgemein einfach als „Substrat 3” bezeichnet, und das untere Armschaltelement 4A und das obere Armschaltelement 4B werden allgemein einfach bezeichnet als „Schaltelement 4”.
  • Jedes Substrat 3 enthält von dem Schaltelement 4, dem Diodenelement 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 jeweils eines. In dem Substrat 3 ist speziell eine Kupferfolie 10 auf der oberen und unteren Fläche eines Substratkörpers 21 bereitgestellt, der ein isolierendes Substrat bildet. Die Kupferfolie 10 auf der unteren Seite ist an der Basisplatte 2 durch ein Lötmittel (nicht gezeigt) befestigt, und die Kupferfolie 10 auf der oberen Seite sichert das Schaltelement 4 und das Diodenelement 5 über ein Lötmittel (nicht gezeigt). Das Schaltelement 4 ist speziell ein IGBT(insulated gate bipolar transistor = bipolarer Transistor mit isoliertem Gateanschluss)-Element, und 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 sein, in der die Kupferfolie 10 auf der oberen Seite nicht vorgesehen ist. Obwohl in 1 weggelassen, ist ein Leitungsanschluss 22 (siehe 7 und 8) zur elektrischen Verbindung des Schaltelements 4 und des Steuersubstrats 9 an der Verbindungsanschlussregion 6 über ein Lötmittel befestigt. In der Verbindungsanschlussregion 6 erfolgt ein Drahtbonden zum elektrischen 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 das Schaltelement 4 und das Diodenelement 5 in Reihe in orthogonaler 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 Mittenposition des Diodenelements 5 in Kühlmediumströmungsrichtung D ist an einer Position angeordnet, die zu einer Seite der Kühlmediumströmungsrichtung D (Seite, die von der Verbindungsanschlussregion 6 weg liegt) bezüglich der Mittenposition des Schaltelements 4 in Kühlmediumströmungsrich tung D versetzt, wodurch die Ränder des Schaltelements 4 und des Diodenelements 5 auf einer Seite in Kühlmediumströmungsrichtung D in einer einzelnen geraden Linie sind. In dem in 1 gezeigten Beispiel bezeichnet „eine Seite in Kühlmediumströmungsrichtung D” die Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D (obere Seite in 1) für das untere Armsubstrat 3A, und die Stromaufwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D (untere Seite in 1) für das obere Armsubstrat 3B. Das Schaltelement 4 und die Verbindungsanschlussregion 6 sind angeordnet, um in Positionen in Kühlmediumströmungsrichtung D verschieden zu sein. Speziell ist die Verbindungsanschlussregion 6 auf der anderen Seite in Kühlmediumströmungsrichtung D an einer Position angeordnet, die ungefähr die gleiche ist wie die des Schaltelements 4 in orthogonaler Richtung C und benachbart zu dem Schaltelement 4. In dem in 1 gezeigten Beispiel bezeichnet „die andere Seite in Kühlmediumströmungsrichtung D” die Stromaufwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D (untere Seite in 1) für das untere Armsubstrat 3A und die Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung 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 ausgebildet, die eine lange rechteckige planare Form in orthogonaler 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 Kühlmediumströmungsrichtung D (in Reihe in vertikaler Richtung in 1) angeordnet sind, also die Beziehung zwischen dem Paar von Substraten 3, die jeden Satz bilden, das Schaltelement 4 auf einer Seite in der orthogonalen Richtung C in einem Substrat 3 angeordnet, und das Diodenelement 5 ist auf der einen Seite in der orthogonalen Richtung C in dem anderen Substrat 3 angeordnet. Speziell ist in dem unteren Armsubstrat 3A das Schaltelement 4 auf der linken Seite in orthogonaler 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 zu erhalten, das die Beziehung erfüllt, hat das Paar von Substraten 3A und 3B identische Konfigurationen, und das Paar von Substraten 3A und 3B ist punktsymmetrisch angeordnet. In diesem Fall ist das Paar von Substraten 3A und 3B sowohl in Kühlmediumströmungsrichtung D als auch in orthogonaler Richtung C punktsymmetrisch bezüglich der Mittenposition des Paars von Substraten 3A und 3B, als die Referenz, angeordnet.
  • Das Paar von Substraten 3A und 3B, die in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind, hat einen Anordnungsaufbau wie oben beschrieben, wodurch das untere Armschaltelement 4A und das obere Armschaltelement 4B des Paars von Substraten 3A und 3B versetzt angeordnet sind, um in Positionen in orthogonaler Richtung C verschieden zu sein. Folglich kann bezüglich jeder von der Mehrzahl von parallelen Strömungen, die durch die Mehrzahl von Kühlmediumströmungspfaden 7 strömen, die zwischen den Lamellen 8 gebildet werden, eine einzelne Strömung des Kühlmediums, die durch einen Kühlmediumströmungspfad 7 strömt, grundsätzlich nur eines von dem oberen Armschaltelement 4B und dem unteren Armschaltelement 4A kühlen. Folglich können beide von den Schaltelementen 4A und 4B des Paars von Substraten 3A und 3B entsprechend gekühlt werden. Eine Reduzierung der Kühleffizienz für das untere Armschaltelement 4A auf der Stromabwärtsseite, aufgrund eines Aufbaus, bei dem eine einzelne Strömung des Kühlmediums, das eine höhere Temperatur nach einem Kühlen des oberen Armschaltelements 4B auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung D aufweist, weiter das untere Armschaltelement 4A auf der Stromabwärtsseite kühlt, kann folglich vermindert werden.
  • Man beachte, dass in diesem Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, die Verbindungsanschlussregion 6 an einer Position angeordnet ist, die ungefähr die gleiche ist wie die des Schaltelements 4 in der orthogonalen Richtung C, wodurch die Verbindungsanschlussregion 6 jedes von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf einer Seite in der orthogonalen Richtung C in einem Substrat 3 angeordnet ist und auf der anderen Seite in der orthogonalen Richtung C in dem anderen Substrat 3, in einer Weise ähnlich für das Schaltelement 4 von jedem 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 auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C (rechte Seite in 1) in dem oberen Armsubstrat 3B.
  • 1-2. Konfiguration der Wechselrichterschaltung
  • Als nächstes wird der elektronische Aufbau der Wechselrichterschaltung 11, die von dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel gebildet wird, beschrieben. Wie in 6 gezeigt ist die Wechselrichterschaltung 11 eine Schaltung zum Antreiben 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, einer V-Phasenspule 31v und einer W-Phasenspule 31w (entsprechend jeder Phase einer U-Phase, V-Phase und W-Phase) des Dreiphasen AC Elektromotors 31 bereitgestellt sind. Die Arme 32u, 32v und 32w für jede Phase haben jeweils ein Paar von dem unteren Arm 33 und dem oberen Arm 34, die in der Lage sind in einer sich ergänzenden Art und Weise zu arbeiten. Der untere Arm 33 hat ein unteres 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. Ähnlich 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 die Masse ist, und der obere Arm auf der Seite der positiven Elektrode P ist, die eine 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 der Lower-Side Schalter und das obere Armschaltelement 4B ist der High-Side Schalter. Der Kollektor des unteren Armschaltelements 4A und der Emitter des oberen Armschaltelements 4B sind mit jeder der U-Phasenspule 31u, V-Phasenspule 31v und W-Phasenspule 31w des Elektromotors 31 entsprechend jedem der Arme 32u, 32v und 32w verbunden.
  • In der Beziehung mit 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 also die drei unteren Armsubstrate 3A, die auf der Stromab wärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung D (obere Seite in 1) angeordnet sind, jeweils den unteren Arm 32 des U-Phasenarms 32u, des V-Phasenarms 32v und des W-Phasenarms 32w, und die drei oberen Armsubstrate 3B, die in Kühlmediumströmungsrichtung D (untere Seite in 1) angeordnet sind, bilden jeweils den oberen Arm 33 des U-Phasenarms 32u, V-Phasenarms 32v und W-Phasenarms 32w. Auf der Basisplatte 2 bilden das Paar von (der Satz von) dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, die in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind (in Reihe in vertikaler Richtung in 1) 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 der orthogonalen Richtung C (linke Seite in 1) den U-Phasenarm 32u, das Paar von Substraten 3A und 3B in der Mitte in der orthogonalen Richtung C bildet den V-Phasenarm 32v und das Paar von Substraten 3A und 3B auf der rechten Seite in der orthogonalen Richtung (rechte Seite in 1) bildet den W-Phasenarm 32b.
  • 1-3. Oberer Abschnittsaufbau des Halbleitermoduls
  • Als nächstes wird der obere Abschnittsaufbau, der über der Basisplatte 2 in dem Halbleitermodul 1 bereitgestellt wird, beschrieben. Wie in 7 und in 8 gezeigt, hat das Halbleitermodul 1 als den oberen Abschnittsaufbau ein Harzgehäuse 41, das auf der Basisplatte 2 platziert und bereitgestellt ist, um die oben beschriebenen sechs Substrate 3 zu umgeben, und das Steuersubstrat 9, das durch das Gehäuse 41 über den sechs Substraten 3 abgestützt wird.
  • Das Gehäuse 41 hat äußerlich eine rechteckige Parallelepipedform, deren Planarform eine rechteckige Form ist, die etwas größer als die der Basisplatte 2 ist. Das Gehäuse 41 bildet einen Aufnahmeraum 42, der sechs Substrate 3, die auf der Basisplatte 2 platziert sind, aufnimmt, und hat einen Umfangswandabschnitt 41a, der bereitgestellt ist, um den Umfang des Aufnahmeraums 42 zu umgeben. Man beachte, dass ein Füller, wie beispielsweise ein Epoxidharz in den Aufnahmeraum 42 eingefüllt und ausgehärtet wird. Folglich sind die sechs Substrate 3, die auf der Basisplatte 2 platziert sind, und das Gehäuse 41 letztendlich integriert ausgebildet. Wie in 7 gezeigt, ist ein Befestigungsloch 43, in das ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube zum Befestigen des Gehäuses 41 auf der Basisplatte 2 eingeführt wird, an den vier Ecken des Gehäuses 41 bereitgestellt.
  • Die obere Fläche des Umfangswandabschnitts 41a ist aus zwei Flächen gebildet, einer ersten oberen Fläche 41c und einer zweiten oberen Fläche 41d, die unterschiedliche Höhen haben. Die erste obere Fläche 41c ist eine lange rechteckige Fläche in orthogonaler Richtung C, die jeweils stromaufwärtsseitig und stromabwärtsseitig in Kühlmediumströmungsrichtung D (obere Seite und untere Seite in 7) bereitgestellt ist. Die zweite obere Fläche 41d ist eine Fläche, die eine Stufe tiefer als die erste obere Fläche 41c ist. Die erste obere Fläche 41c des Gehäuses 41 ist mit einem positiven Anschluss 44a, einem negativen Anschluss 44b und einem Ausgangsanschluss 44c als externe Leitungsausgangsanschlüsse eines Leitungsrahmens (nicht gezeigt), der in dem Gehäuse 41 angeordnet ist, um mit jedem Substrat 3 elektrisch verbunden zu werden, bereitgestellt. Von dem positiven Anschluss 44a und dem negativen Anschluss 44b ist jeweils einer auf der ersten oberen Fläche 41c auf der unteren Seite in 7 bereitgestellt, und drei Ausgangsanschlüsse 44c sind 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 (siehe 6). 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 der Innengewindebereich (nicht gezeigt), mit dem eine Schraube 45 zur Befestigung des Steuersubstrats 9 verschraubt wird, an einer Mehrzahl von Positionen nahe den Rändern auf beiden Seiten in orthogonaler Richtung C der zweiten oberen Fläche 41d gebildet. Das Steuersubstrat 9 wird an dem Gehäuse 41 befestigt und gesichert durch die Mehrzahl von Schrauben 45. Das Steuersubstrat 9 ist angeordnet, um parallel zu den Flächen zu sein mit einem bestimmten Abstand mittels eines Abstandmittels 46, das zwischen dem Steuersubstrat 9 und der oberen Fläche der zweiten oberen Fläche 41d angeordnet ist.
  • Die Mehrzahl der Leitungsanschlüsse 22, die an der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 befestigt sind, durchdringt das Steuersubstrat 9, und ist mit dem Verdrahtungsmuster (nicht gezeigt), das auf der oberen Fläche des Steuersubstrats 9 bereitgestellt ist, verlötet und daran befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Leitungsanschlüsse 22 des unteren Armsubstrats 3A in einer Reihe in orthogonaler Richtung C entlang der Umgebung des Endabschnitts des Steuersubstrats 9 auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet (die Umgebung des oberen Endabschnitts des Steuersubstrats 9 in 7). Die Leitungsanschlüsse 22 des oberen Armsubstrats 3B sind in einer Reihe in orthogonaler Richtung C entlang der Umgebung des Endabschnitts des Steuersubstrats 9 auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet (die Umgebung des unteren Endabschnitts des Steuersubstrats 9 in 7). Durch Anordnen der Leitungsanschlüsse 22 in dieser Art und Weise kann das Verdrahtungsmuster des Steuersubstrats 9 vereinfacht werden, und ein Verlötschritt des Leitungsanschlusses 22 und des Steuersubstrats 9 kann vereinfacht werden. Das Steuersubstrat 9 ist ein Substrat, in welchem eine Steuerschaltung zur Ansteuerung der Wechselrichterschaltung 11 gebildet ist, und ist als ein gedrucktes Substrat ausgebildet, das mit einem spezifischen Schaltungsteil montiert ist. Das Steuersubstrat 9 und die Mehrzahl von Substraten 3, die auf der Basisplatte 2 angeordnet sind, sind elektrisch mit dem Leitungsanschluss 22 verbunden.
  • Auf dem Steuersubstrat 9 ist ferner eine Temperaturdetektionsschaltung 9a montiert, die als ein Temperaturdetektionsmittel arbeitet, das die Temperatur des Schaltelements 4 jedes Substrats 3 detektiert. Die Temperaturdetektionsschaltung 9a ist eine arithmetische Schaltung, die die Temperatur jedes Schaltelements 4 detektiert, indem die Spannung zwischen der Anode und der Kathode einer Temperatordetektionsdiode (nicht gezeigt), die für das Schaltelement 4 bereitgestellt ist, detektiert wird, und eine bestimmte arithmetische Operation durchgeführt wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur das untere Armschaltelement 4A des unteren Armsubstrats 3A, das auf der Stromabwärtsseite in Kühlmittelströmungsrichtung D angeordnet ist, von den Schaltelementen 4A und 4B von jedem von dem Paar von Substraten 3A und 3B mit der Temperaturdetektionsschaltung 9a bereitgestellt. Die Temperaturdetektionsschaltung 9a ist also in dem oberen Armschaltelement 4B des oberen Armsubstrats 3B, das auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist, weggelassen. In dem Halbleitermodul 1 führt folglich die Temperaturdetektionsschaltung 9a, die dem unteren Armschaltelement 4A bereitgestellt ist, das auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist, die Temperaturdetektion für ein Temperaturmanagement von beiden von den Schaltelementen 4A und 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 spezifischen Betriebssicherheitstemperaturbereichs zu bleiben, und führt eine Steuerung durch, um den Betrieb und dergleichen der Schaltelemente 4A und 4B in dem Fall zu stoppen, in dem die Temperatur den Temperaturbereich überschreitet, beispielsweise als das Temperaturmanagement der Schaltelemente 4A und 4B.
  • Die Temperaturdetektionsschaltung 9a ist nur dem unteren Armschaltelement 4A bereitgestellt, das auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D in dieser Art und Weise angeordnet ist, wodurch die Anzahl von Temperaturdetektionsschaltungen 9a um die Hälfte reduziert werden kann, verglichen mit einem Fall, bei dem die Temperaturdetektionsschaltung 9a auch dem oberen Armschaltelement 4B bereitgestellt ist. Normalerweise ist die Temperatur des Kühlmediums auf der Stromabwärtsseite größer als auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung D, wodurch das untere Armschaltelement 4A, das auf der Stromabwärtsseite angeordnet ist, wahrscheinlich eine höhere Temperatur hat als das obere Armschaltelement 4B, das auf der Stromaufwärtsseite angeordnet ist. Selbst wenn die Temperatursteuerung durchgeführt wird, indem nur das Temperaturdetektionsergebnis des unteren Armschaltelements 4A verwendet wird, überschreitet folglich die Temperatur des oberen Armschaltelements 4B nicht den spezifischen Betriebssicherheitstemperaturbereich und verursacht folglich kein Problem. Ferner, da in diesem Ausführungsbeispiel nur das untere Armschaltelement 4A auf der Stromabwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist, kann der Aufbau der Temperaturdetektionsschaltung 9a vereinfacht werden. Alle Temperaturdetektionsschaltungen 9a werden also zur Temperaturdetektion des unteren Armschaltelements 4A verwendet, wodurch jede Temperaturdetektionsschaltung 9a eine arithmetische Schaltung sein kann, in der das elektrische Potenzial 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 Potenzial der positiven Elektrode P die Referenz ist. Folglich können die Kosten des Halbleitermoduls 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 die Verbindungsanschlussregion 6 von beiden von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf der Seite des anderen Substrats 3 bezüglich dem Schaltelement 4 jedes Substrats 3 in dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel angeordnet. In der Beziehung zwischen dem Paar von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, die in Reihe in der Kühlmediumströmungsrichtung D (in Reihe in vertikaler Richtung in 1) angeordnet sind, also in der Beziehung zwischen dem Paar von Substraten 3, die jeden Satz bilden, von dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, ist die Anordnung der Verbindungsanschlussregion 6 bezüglich des Schaltelements 4 jedes Substrats 3 verschieden von der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Man beachte, dass der Aufbau ähnlich ist zu dem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, sofern nicht anderes in diesem Ausführungsbeispiel genannt wird.
  • In dem Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist speziell die Verbindungsanschlussregion 6 auf der Seite des oberen Armsubstrats 3B in Bezug zu dem unteren Armschaltelement 4A in dem unteren Armsubstrat 3A angeordnet. Die Verbindungsanschlussregion 6 ist auf der Seite des unteren Armsubstrats 3A in Bezug zu dem oberen Armschaltelement 4B in dem oberen Armsubstrat 3B angeordnet. Entsprechend sind das untere Armschaltelement 4A und das obere Armschaltelement 4B angeordnet, mit den Verbindungsanschlussregionen 6 von beiden von dem Paar von Substraten 3A und 3B dazwischen liegend in Kühlmediumströmungsrichtung D, wodurch die Schaltelemente 4A und 4B, die die meiste Wärme erzeugen, in Positionen voneinander weg in dem Paar von Substraten 3A und 3B angeordnet 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, verhindert werden. Man beachte, dass, obwohl in den Zeichnungen weggelassen, eine Konfiguration, bei der die Verbindungsanschlussregion 6 von einem von dem Paar von Substraten 3A und 3B auf der Seite des anderen Substrats 3 bezüglich des Schaltelements 4 jedes Substrats 3 angeordnet ist, auch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist.
  • 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. Das Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, dass jedes Substrat 3 jeweils zwei von dem Schaltelement 4, dem Diodenelement 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 enthält. Man beachte, dass der Auf bau ähnlich ist wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder zweiten Ausführungsbeispiel, sofern in diesem Ausführungsbeispiel nichts anderes genannt 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 also in Reihe benachbart zueinander in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet. Auch sind die zwei Diodenelemente 5 in Reihe benachbart zueinander in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet. Die zwei Schaltelemente 4 und die zwei Diodenelemente 5 sind in 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 Mittenposition des Diodenelements 5 in Kühlmediumströmungsrichtung D ist in einer Position angeordnet, die zu einer Seite hin wo die zwei Diodenelemente 5 zueinander weisen bezüglich zu der Mittenposition des Schaltelements 4 in Kühlmediumströmungsrichtung D versetzt ist, wodurch die Ränder auf der zuweisenden Seite der zwei Schaltelemente 4 und der zwei Diodenelemente 5 einzelnen geraden Reihen sind. Die Verbindungsanschlussregionen 6 sind in einer Position angeordnet, die ungefähr die gleiche ist wie die der zwei Schaltelemente 4 in orthogonaler Richtung C, und sind benachbart zu beiden Seiten (Stromaufwärtsseite und Stromabwärtsseite) der Kühlmediumströmungsrichtung D mit den zwei Schaltelementen 4 dazwischen liegend jeweils angeordnet.
  • In der Beziehung zwischen dem Paar von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, die in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D (in Reihe in vertikaler Richtung in 10) angeordnet sind, sind die zwei Schaltelemente 4 auf einer Seite in orthogonaler Richtung C in dem einen Substrat 3 angeordnet, und die zwei Diodenelemente 5 sind auf der einen Seite in orthogonaler Richtung C im anderen Substrat 3 angeordnet. In dem unteren Armsubstrat 3A sind speziell die zwei Schaltelemente 4 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C (linke Seite in 10) angeordnet, und die zwei Diodenelemente 5 sind auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C (rechte Seite in der 10) angeordnet. Andererseits sind in dem oberen Armsubstrat 3B in einer Art und Weise entgegengesetzt zu der des unteren Armsubstrats 3A, die zwei Diodenelemente 5 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet, und die zwei Schaltelemente 4 sind auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet. Man beachte, dass die Verbindungsanschlussregion 6 in einer Weise ähnlich zu dem Schaltelement 4 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C (linke Seite in 10) in dem unteren Armsubstrat 3A angeordnet ist, und auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C in dem oberen Armsubstrat 3B angeordnet ist. In diesem Ausführungsbeispiel, um eine Anordnung des Paars von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B zu erhalten, die eine derartige Beziehung erfüllt, hat das Paar von Substraten 3A und 3B die gleiche Konfiguration, und das Paar von Substraten 3A und 3B ist punktsymmetrisch angeordnet. In diesem Fall ist das Paar von Substraten 3A und 3B punktsymmetrisch in Kühlmediumströmungsrichtung D und orthogonaler Richtung C bezüglich der Mittenposition des Paars von Substraten 3A und 3B als die Referenz.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Leitungsanschlüssen 22, die an der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 befestigt sind, in Reihe in orthogonaler Richtung C an jeweils drei Positionen angeordnet, die die Stromabwärtsseite, die Stromaufwärtsseite und die Mitte der Kühlmediumströmungsrichtung D sind. Speziell sind die Leitungsanschlüsse 22 auf der Stromabwärtsseite in dem unteren Armsubstrat 3A in einer Reihe in orthogonaler Richtung C entlang der Umgebung des Endabschnitts jedes unteren Armsubstrats 3A auf der Stromabwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung D (Umgebung des oberen Endabschnitts des unteren Armsubstrats 3A in 10) angeordnet. Die Leitungsanschlüsse 22 auf der Stromaufwärtsseite des oberen Armsubstrats 3B sind in einer Reihe in orthogonaler Richtung C entlang der Umgebung des Endabschnitts jedes oberen Armsubstrats 3B auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D (Umgebung des unteren Endabschnitts des unteren Armsubstrats 3B in 10) angeordnet. Die Leitungsanschlüsse 22 auf der Stromaufwärtsseite des unteren Armsubstrats 3A und die Leitungsanschlüsse 22 auf der Stromabwärtsseite des oberen Armsubstrats 3B sind abwechselnd in einer Reihe in orthogonaler Richtung C entlang einer Region angeordnet, die zwischen dem Paar von Substraten 3A und 3B liegt. Bei diesem Aufbau kann die Mehrzahl von Leitungsanschlüssen 22, die an der Verbindungsanschlussregion 6 für jedes Substrat 3 befestigt sind, in drei Reihen in orthogonaler Richtung C angeordnet sein. Durch Anordnen der Leitungsanschlüsse 22 in dieser Weise kann das Verdrahtungsmuster des Steuersubstrats 9 vereinfacht werden, und der Verlötungsschritt des Leitungsanschlusses 22 und des Steuersubstrats 9 kann vereinfacht werden.
  • 4. Viertes Ausführungsbeispiel
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird basierend auf der Zeichnung beschrieben. 11 zeigt eine Draufsicht, die den Aufbau des Hauptabschnitts des Halbleitermoduls 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Das Halbleitermodul 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu dem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass jedes Substrat 3 von dem Schaltelement 4, dem Diodenelement 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 jeweils zwei enthält, unterscheidet sich jedoch von dem dritten Ausführungsbeispiel hauptsächlich in dem Anordnungsaufbau der Verbindungsanschlussregion 6. Man beachte, dass der Aufbau ähnlich ist wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, sofern in diesem Ausführungsbeispiel nichts anderes genannt 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 folgendermaßen. Jedes von zwei Schaltelementen 4 und zwei Diodenelementen 5 ist benachbart zueinander in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet, wodurch die zwei Schaltelemente 4 und die zwei Diodenelemente 5 in Reihe in orthogonaler Richtung C angeordnet sind. Eine derartige Anordnung des Schaltelements 4 und des Diodenelements 5 ist ähnlich zu der gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Dagegen sind das Schaltelement 4 und die Verbindungsanschlussregion 6 in Positionen angeordnet, die in orthogonaler Richtung C verschieden sind, in einer Weise, die von der gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel verschieden ist. Speziell ist die Verbindungsanschlussregion 6 auf der gegenüberliegenden Seite des Diodenelements 5 in orthogonaler Richtung C in einer Position angeordnet, die ungefähr die gleiche ist, wie die des Schaltelements 4 in Kühlmediumströmungsrichtung D und benachbart zu dem Schaltelement 4.
  • In der Beziehung zwischen dem Schaltelement 4 und dem Diodenelement 5 des Paars von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, die in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D (in Reihe in vertikaler Richtung in 11) angeordnet sind, sind die zwei Schaltelemente 4 auf einer Seite in orthogonaler Richtung C in einem Substrat 3 angeordnet, und die zwei Diodenelemente 5 sind auf der anderen Seite in orthogonaler Richtung C in dem anderen Substrat 3 angeordnet. Speziell sind in dem unteren Armsubstrat 3A die zwei Schaltelemente 4 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C (linke Seite in 11) angeordnet, und die zwei Diodenelemente 5 sind auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C (rechte Seite in 11) angeordnet. Dagegen sind in dem oberen Armsubstrat 3B die zwei Dioden elemente 5 auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet, und die zwei Schaltelemente 4 sind auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet in einer Weise entgegengesetzt zu der des unteren Armsubstrats 3A. Währenddessen ist die Verbindungsanschlussregion 6 auf der gegenüberliegenden Seite des Diodenelements 5 mit dem Schaltelement 4 dazwischen, wie oben beschrieben, angeordnet, wodurch die Verbindungsanschlussregion 6 auf der linken Seite bezüglich des Schaltelements 4 in orthogonaler Richtung C in dem unteren Armsubstrat 3A angeordnet ist, und ist auf der rechten Seite bezüglich des Schaltelements 4 in orthogonaler Richtung C in dem oberen Armsubstrat 3B angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel, um eine Anordnung des Paars von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B zu erhalten, die eine derartige Beziehung erfüllt, hat das Paar von Substraten 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 in Kühlmediumströmungsrichtung D und orthogonaler Richtung C punktsymmetrisch bezüglich der Mittenposition des Paars von Substraten 3A und 3B als die Referenz.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Leitungsanschlüssen 22, die an der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 befestigt sind, in einer Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D an jeder von beiden Seiten in orthogonaler Richtung C und zwischen jedem Satz, der durch das Paar von Substraten 3A und 3B gebildet wird, angeordnet. Speziell sind die Leitungsanschlüsse 22 des unteren Armsubstrats 3A in einer Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D entlang der Umgebung des Endabschnitts des unteren Armsubstrats 3A auf der linken Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet. Die Leitungsanschlüsse 22 des oberen Armsubstrats 3B sind in einer Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D entlang der Umgebung des Endabschnitts jedes oberen Armsubstrats 3B auf der rechten Seite in orthogonaler Richtung C angeordnet. Zwischen zwei Sätzen, wobei jeder Satz aus dem Paar von Substraten 3A und 3B benachbart zueinander gebildet ist, sind die Leitungsanschlüsse 22 des unteren Armsubstrats 3A von einem Satz und die Leitungsanschlüsse 22 des oberen Armsubstrats 3B des anderen Satzes in einer Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet. Bei diesem Aufbau kann die Mehrzahl von Leitungsanschlüssen 22, die an der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 befestigt ist, in vier Reihen in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet werden. Durch Anordnen der Leitungsanschlüsse 22 in dieser Art und Weise kann das Verdrahtungsmuster des Steuersubstrats 9 vereinfacht werden, und der Lötschritt des Leitungsanschlusses 22 und das Steuersubstrat 9 können vereinfacht werden.
  • 6. Andere Ausführungsbeispiele
    • (1) In dem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Halbleitermodulen 1, wie oben in jedem Ausführungsbeispiel beschrieben, in Kombination verwendet wird, und jedes Halbleitermodul 1 einen anderen Erhitzungswert aufweist, werden die Halbleitermodule 1 vorzugsweise in einer derartigen Reihenfolge angeordnet, dass das Halbleitermodul 1 mit einem größeren Erhitzungswert auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D ist. 13 zeigt ein Beispiel, bei dem zwei Halbleitermodule 1A und 1B, die unterschiedliche Erhitzungswerte haben, in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung 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 Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist, hat einen größeren Erhitzungswert, als das zweite Halbleitermodul 1B, das auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist. In diesem Beispiel verläuft das Kühlmedium durch den Kühlmediumströmungspfad 7 des ersten Halbleitermoduls 1A und verläuft dann durch den Kühlmediumströmungspfad 7 des zweiten Halbleitermoduls 1B gemäß der Strömungsrichtung D. Dieser Aufbau erlaubt eine Abwägung zwischen einer Reduzierung der Kühleffizienz, aufgrund eines allmählichen Anstiegs der Temperatur des Kühlmediums, wenn das Kühlmedium stromabwärts in Strömungsrichtung D strömt, und dem Erhitzungswert jedes Halbleitermoduls 1. Man beachte, dass in dem Fall, wo die Mehrzahl von Halbleitermodulen 1 unterschiedliche Erhitzungswerte in dieser Weise haben, die Wechselrichterschaltung 11, die durch jedes Halbleitermodul 1 gebildet wird, gebildet wird zum Antreiben jedes Elektromotors mit beispielsweise unterschiedlichen Ausgangsleistungen, wodurch die Strommenge, die durch das Schaltelement 4 jedes Halbleitermoduls 1 strömt, verschieden sein kann.
    • (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 näher zu dem anderen benachbarten Halbleitermodul 1 ist. 13 zeigt ein Beispiel einer derartigen Anordnung der zwei Halbleitermodule 1A und 1B. In diesem Beispiel ist der Aufbau jedes Halbleitermoduls 1 der gleiche wie der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das erste Halbleitermodul 1A, das auf der untern Seite in 13 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 13 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 sind. Durch Anordnen der zwei Halbleitermodule 1A und 1B in dieser Art und Weise kann eine positive Busleiste 48A und eine negative Busleiste 48B der zwei Halbleitermodule 1A und 1B gemeinsam verwendet werden und ferner können die positive Busleiste 48A und die negative Busleiste 48B parallel angeordnet werden, wie in 13 gezeigt. Durch Anordnen der positiven Busleiste 48A und der negativen Busleiste 48B parallel in dieser Art und Weise kann ein auftretendes Magnetfeld um die positive Busleiste 48A und die negative Busleiste 48B herum ausgelöscht werden durch den Einfluss der parallelen Ströme, die jeweils in entgegengesetzten Richtungen in der positiven Busleiste 48A und der negativen Busleiste 48B fließen, wodurch die Induktivität der positiven Busleiste 48A und der negativen Busleiste 48B reduziert werden kann.
    • (3) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist als ein Beispiel ein Fall beschrieben, bei dem als das Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit verwendet worden ist, bei der Ethylenglykol und dergleichen Wasser hinzugesetzt worden ist, das Kühlmedium der vorliegenden Erfindung ist jedoch 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 Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind” der Aufbau beschrieben worden, bei dem die Richtung, die die Mittenpositionen einer Mehrzahl von Elementen oder Substraten verbindet, ungefähr parallel bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung D ist. Der Bereich des Aufbaus, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind” ist jedoch nicht darauf beschränkt. Selbst wenn die Richtung, die die Mittenpositionen der Mehrzahl von Elementen oder Substraten verbindet, in einer Richtung angeordnet ist, die die Kühlmediumströmungsrichtung D kreuzt, kann ein Aufbau in Betracht gezogen werden, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind” als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für den Fall, bei dem sich mindestens ein Bereich der Elemente oder Substrate in einer Positionsbeziehung in orthogonaler Richtung D überlappt.
    • (5) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ähnlich als ein spezifisches Beispiels des Aufbaus, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in orthogonaler Richtung C bezüglich der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet sind” der Aufbau beschrieben, bei dem die Richtung, die die Mittenpositionen von einer Mehrzahl von Elementen und Substraten verbindet, ungefähr parallel bezüglich der orthogonalen Richtung C angeordnet ist. Der Bereich des Aufbaus, bei dem die Elemente oder Substrate „in Reihe in orthogonaler Richtung C angeordnet sind” ist nicht darauf beschränkt. Selbst wenn die Richtung, die die Mittenpositionen 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 der orthogonalen Richtung C angeordnet sind” als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für den Fall, bei dem mindestens ein Teil der Elemente oder Substrate sich in einer Positionsbeziehung miteinander in Kühlmediumströmungsrichtung D überlappt.
    • (6) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem die Mehrzahl von parallelen Lamellen 8 auf der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 als Parallelströmungsbildungsmittel bereitgestellt sind. Der spezifische Aufbau des Parallelströmungsbildungsmittels ist jedoch nicht darauf beschränkt. Folglich ist beispielsweise auch ein Aufbau, bei dem die Mehrzahl von parallelen Lamellen 8 auf der Seite des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet sind, das einen Körper aufweist, der von der Basisplatte 2 getrennt ist, und bei dem die obere Fläche jeder Lamelle 8 die Basisplatte 2 kontaktiert, ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Irgendeine Anzahl, ein Abstand und dergleichen der Lamellen 8 kann ebenfalls verwendet werden. Das Parallelströmungsbildungsmittel kann auch durch eine Komponente gebildet werden, die eine andere ist als die Lamelle 8. Beispielsweise können die parallelen Strömungen des Kühlmediums in eine bestimmte Richtung in einer ähnlichen Weise durch eine Mehrzahl von langen Durchgangslöchern, Rillen oder dergleichen gebildet werden, die der Basisplatte 2 bereitgestellt werden. In diesem Fall sind das Durchgangsloch, die Rille oder dergleichen das Parallelströmungsbildungsmittel.
    • (7) Ein Aufbau, bei dem die Spitze der Lamelle 8 eine spezifische Lücke bezüglich des gegenüberstehenden Plattenelements aufweist, ist ebenfalls geeignet. Obwohl der Fall beschrieben wurde, bei dem die Bodenfläche (untere Fläche in 2 und in 3) der Lamelle 8 als ein Parallelströmungsbildungsmittel bereitgestellt ist, um den Kontaktplattenabschnitt 12b des Wasserpfadbildungelements 12 zu kontaktieren, als ein Beispiel in jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, ist auch ein Aufbau geeignet, bei dem die Bodenfläche der Lamelle 8 eine bestimmte Lücke bezüglich des Kontaktplattenabschnitts 12b hat. Ähnlich ist auch in dem Fall, bei dem die Lamelle auf der Seite des Wasserpfadbildungselements 12 gebildet ist, ein Aufbau geeignet, bei dem die obere Fläche der Lamelle 8 eine bestimmte Lücke bezüglich der unteren Fläche 2B der Basisplatte 2 hat.
    • (8) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem jeder der parallelen Strömungen des Kühlmediums, die durch das Parallelströmungsbildungsmittel gebildet werden, linear ist. Die parallelen Strömungen des Kühlmediums, die durch das Parallelströmungsbildungsmittel gebildet werden, sind jedoch nicht auf eine lineare Strömung beschränkt, und können auch eine gekrümmte Strömung sein, die einen gebogenen Abschnitt aufweist, wie beispielsweise eine Wellenform, als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall, wenn das Parallelströmungsbildungsmittel die Lamelle 8 ist, ist beispielsweise jede Lamelle 8 in einer Draufsicht gekrümmt in eine gebogene Wellenform oder dergleichen.
    • (9) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem das untere Armsubstrat 3A, das das untere Armschaltelement 4A enthält, auf der Stromabwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung D bezüglich des oberen Armsubstrats 3B angeordnet ist. Ein Aufbau, bei dem das untere Armsubstrat 3A auf der Stromaufwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung D bezüglich des oberen Armsubstrats 3B angeordnet ist, ist jedoch auch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall, ist es aus Sicht der Zuverlässigkeit des Temperaturmanagements zu bevorzugen, die Temperaturdetektionsschaltung 9a für das untere Armschaltelement 4A wegzulassen und die Temperaturdetektionsschaltung 9a des oberen Armschaltelements 4B, das auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist, bereitzustellen. Man beachte, dass dies keinen Aufbau ausschließt, bei dem die Temperaturdetektionsschaltung 9a des oberen Armschaltelements 4B auf der Stromabwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist, weggelassen ist, und die Temperaturdetektionsschaltung 9a des unteren Armschaltelements 4A, das auf der Stromaufwärtsseite der Kühlmediumströmungsrichtung D angeordnet ist, bereitgestellt wird. Die Temperaturdetektionsschaltung 9a kann auch bereitgestellt werden für beide, das untere Armschaltelement 4a und das obere Armschaltelement 4B.
    • (10) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Aufbau beschrieben worden, bei dem die Mehrzahl von Substraten 3 auf der oberen Oberfläche 2A der Basisplatte 2 angeordnet ist, und der Kühlmediumströmungspfad 7 der unteren Oberfläche 2B der Basisplatte 2 bereitgestellt ist, das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Anordnungsrichtung der Basisplatte 2 ist also willkürlich, und ein Einstellen der Oberfläche, auf der die Mehrzahl von Substraten 2 angeordnet sind, um nach unten oder zur Seite zu weisen, ist ebenfalls ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • (11) In jedem oben beschriebenen 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 erhalten, ist es jedoch nicht notwendig, dass die Aufbauten des Paars von Substraten 3A und 3B vollständig gleich sind, solange zumindest die Anordnungen des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6 jedes Substrats 3 gleich sind. Folglich ist auch ein Aufbau, bei dem das untere Armsubstrat 3A und das obere Armsubstrat 3B die gleichen Anordnungen haben bezüglich des Schaltelements 4, des Diodenelements 5 und der Verbindungsanschlussregion 6, im Übrigen jedoch unterschiedliche Aufbauten haben, und bei dem das Paar von Substraten 3A und 3B punktsymmetrisch angeordnet ist, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • (12) In jedem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel eines Aufbaus beschrieben worden, bei dem drei Sätze von Substraten 3, wobei jeder Satz aus einem Paar von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B gebildet ist, in Reihe in orthogonaler Richtung C auf einer Basisplatte 2 angeordnet sind. Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und das Bilden des Halbleitermoduls 1 mit zwei Sätzen oder vier oder mehr Sätzen von dem Paar von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B, die in Reihe auf einer Basisplatte 2 angeordnet sind, ist auch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem Fall des Bildens ei ner Einphasen AC Wechselrichterschaltung und dergleichen ist beispielsweise ein Aufbau bevorzugt, bei dem zwei Sätze des Paars von dem unteren Armsubstrat 3A und dem oberen Armsubstrat 3B auf einer Basisplatte 2 platziert sind. Die Anwendung des Halbleitermoduls 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Wechselrichterschaltung beschränkt, und das Halbleitermodul 1 der vorliegenden Erfindung kann geeignet verwendet werden für verschiedene Halbleitermodule 1, die ein entsprechendes Kühlen des Schaltelements 4 benötigen.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung kann geeignet verwendet werden für ein Halbleitermodul mit einer Basisplatte, einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Fläche der Basisplatte platziert sind und jeweils ein Schaltelement, ein Diodenelement und eine Verbindungsanschlussregion aufweisen, und mit einem Kühlmediumströmungspfad, der bereitgestellt ist, um die andere Fläche der Basisplatte zu kontaktieren.
  • Zusammenfassung
  • Ein Halbleitermodul mit einem Aufbau, der entsprechend das Schaltelement aller Substrate kühlen kann, bezüglich eines Aufbaus, bei dem eine Mehrzahl von Substraten auf einer Oberfläche platziert ist und ein Kühlmediumströmungspfad bereitgestellt ist, um die andere Oberfläche einer Basisplatte zu Kontaktieren. Ein Parallelströmungsbildungsmittel (8) das parallele Strömungen von einem Kühlmedium in einem Kühlmediumströmungspfad (7) bildet, ist bereitgestellt, ein Schaltelement (4) und das Diodenelement (5) sind in Reihe in orthogonaler Richtung (C) bezüglich einer Strömungsrichtung (D) des Kühlmediums angeordnet, in jedem von den Substraten (3) sind eine Mehrzahl von Sätzen von der Mehrzahl von Paaren von Substraten (3) wobei jedes Paar eines von einem Par von einem unteren Armschaltelement (4A) und ein Paar von einem oberen Armschaltelement (4B) enthält, in Reihe in orthogonaler Richtung (C) angeordnet ist, und das Paar von Substraten (3), das jeden von den Sätzen bildet, ist in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung (D) angeordnet, das Schaltelement (4) ist auf einer Seite in orthogonaler Richtung (C) in einem Substrat (3) angeordnet und das Diodenelement (5) ist auf der einen Seite in orthogonaler Richtung (C) in dem anderen Substrat von dem Paar von Substraten, das jeden von den Sätzen bildet, angeordnet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (9)

  1. Halbleitermodul mit einer Basisplatte; einer Mehrzahl von Substraten, die auf einer Oberfläche der Basisplatte platziert sind und jeweils ein Schaltelement und ein Diodenelement aufweisen; und einem Kühlmediumströmungspfad, der bereitgestellt ist zum Kontaktieren der anderen Oberfläche der Basisplatte; wobei ein Parallelströmungsbildungsmittel bereitgestellt ist, das parallele Strömungen von einem Kühlmedium in eine bestimmte Richtung in dem Kühlmediumströmungspfad bildet; das Schaltelement und das Diodenelement in Reihe in einer orthogonalen Richtung bezüglich einer Strömungsrichtung des Kühlmediums in jedem der Substrate angeordnet sind; eine Mehrzahl von Sätzen von der Mehrzahl von Substraten, wobei jeder Satz durch ein Paar von Substraten gebildet wird, mit jeweils einem von einem Paar von einem unteren Armschaltelement und einem oberen Armschaltelement, in Reihe in orthogonaler Richtung angeordnet ist, und das Paar von Substraten, das jeden von den Sätzen bildet, in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet ist; und das Schaltelement auf einer Seite in orthogonaler Richtung in einem Substrat angeordnet ist, und das Diodenelement auf der einen Seite in der orthogonalen Richtung in dem anderen Substrat von dem Paar von Substraten, das jeden von den Sätzen bildet, angeordnet ist.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, bei dem das Paar von Substraten einen identischen Aufbau zueinander aufweist und punktsymmetrisch angeordnet ist.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes der Substrate eine Verbindungsanschlussregion aufweist, die an einer Position angeordnet ist, die in Kühlmediumströmungsrichtung von einer Position des Schaltelements verschieden ist; und die Verbindungsanschlussregion von einem oder beiden von dem Paar von Substraten auf einer Seite des anderen Substrats bezüglich des Schaltelements von jedem der Substrate angeordnet ist.
  4. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jedes der Substrate eine Mehrzahl von Schaltelementen enthält und eine identische Anzahl von Diodenelementen und Verbindungsanschlussregionen aufweist, wie die Anzahl der Schaltelemente ist; und die Mehrzahl von Verbindungsanschlussregionen auf einer Seite in orthogonaler Richtung bezüglich des Schaltelements und des Diodenelements angeordnet ist und in Reihe in Kühlmediumströmungsrichtung angeordnet ist.
  5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Parallelströmungsbildungsmittel eine Mehrzahl von Lamellen aufweist, die parallel zueinander entlang der anderen Oberfläche der Basisplatte angeordnet sind.
  6. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem eine Temperaturdetektion für ein Temperaturmanagement des Schaltelements von beiden von dem Paar von Substraten, das jedes von den Sätzen bildet, durchgeführt wird unter Verwendung eines Temperaturdetektionsmittels, das für das Schaltelement des Substrats bereitgestellt ist, das auf der Stomabwärtsseite in Kühlmediumströmungsrichtung in jedem der Sätze angeordnet ist.
  7. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Temperaturdetektion für ein Temperaturmanagement des Schaltelements von beiden von dem Paar von Substraten, das jedes von den Sätzen bildet, durchgeführt wird unter Verwendung eines Temperaturdetektionsmittels, das für das untere Armschaltelement, das mit Masse verbunden ist, bereitgestellt wird.
  8. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem sechs Substrate, als die Mehrzahl von Substraten, die jeweils eines von dem unteren Armschaltelement und dem oberen Armschaltelement von jeder Phase enthalten, die eine Dreiphasen AC Wechselrichterschaltung bilden, auf der einen Oberfläche der Basisplatte platziert sind.
  9. Wechselrichterschaltung mit dem Halbleitermodul nach Anspruch 8.
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