DE112010006032T5 - Leistungsmodul - Google Patents

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Tomomi Okumura
Takuya Kadoguchi
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Abstract

Ein Leistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung; ein Basisteil, welches aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, auf welchem die Halbleitervorrichtung montiert ist; ein Signal-Leitungsteil, welches aus dem gleichen Material wie das Basisteil ausgebildet ist, wobei das Signal-Leitungsteil mit der Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden ist; und ein dünnes Platten-Leitungsteil, welches aus dem gleichen Material wie das Basisteil derart ausgebildet ist, dass dieses von dem Basisteil nahtlos ausgebildet ist und dünner als das Basisteil ist, wobei sich das dünne Platten-Leitungsteil bezüglich des Basisteils auf der gleichen Seite wie das Signal-Leitungsteil erstreckt, wobei das dünne Platten-Leitungsteil mit einem vorbestimmten Anschluss der Halbleitervorrichtung mittels des Basisteils derart elektrisch verbunden ist, dass dieses einen Potential-Erfassungsanschluss zum Erfassen eines Potentials des vorbestimmten Anschlusses der Halbleitervorrichtung ausbildet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul.
  • Stand der Technik
  • Bekannt ist ein Leistungsmodul, welches unter Verwendung eines Leiterrahmens (Profil-Leiterrahmen) ausgebildet ist, der ein Inselteil, auf welchem eine Halbleitervorrichtung installiert ist; Leitungsteile, welche mit der Halbleitervorrichtung über Verbindungsdrähte bzw. Bonddrähte mechanisch und elektrisch verbunden sind; und ein Kopplungsteil, welches das Inselteil mit den Leitungsteilen integral koppelt, enthält (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
    • [Patentdokument 1] JP 2009-141053
  • Offenbarung der Erfindung
  • Von der Erfindung zu lösendes Problem
  • Gemäß einer in Patentdokument 1 offenbarten Konfiguration wird ein Haltedraht abgeschnitten. Daher ist es notwendig, eine Sammelschiene mit einem Leistungsleiter zu verschweißen (siehe 1 in Patentdokument 1, einen Anschluss 3b mit einer Kollektorelektrode eines IGBT zu verbinden), welcher sich von dem Inselteil erstreckt, und eine von der Sammelschiene abgeleitete Signalleitung über einen Verbinder oder dergleichen mit einem Steuersubstrat zu verbinden, um eine Hochspannungs-Signalleitung von dem Inselteil, welches mit einer Rückseite der Halbleitervorrichtung verbunden ist, abzuführen.
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsmodul vorzusehen, bei welchem eine Hochspannungs-Signalleitung von der Halbleitervorrichtung abgeführt werden kann, ohne eine Signalleitung von einem Leistungsleiter abzuführen
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen.
  • Vorteil der Erfindung
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsmodul vorzusehen, bei welchem eine Hochspannungs-Signalleitung von einer Halbleitervorrichtung abgeführt werden kann, ohne eine Signalleitung von einem Leistungsleiter abzuführen.
  • Kurze Beschreibung der Abbildungen
  • 1 ist eine Abbildung zum Darstellen einer schematischen Konfiguration einer Antriebsvorrichtung 100 für ein Elektrofahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
  • 2 ist eine Draufsicht zum Darstellen einer Hauptkonfiguration eines Halbleitermoduls (Leistungsmodul) 1 gemäß einer Ausführungsform (einer ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht des Halbleitermoduls 1 entlang jeweiligen Linien, wobei (A) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A ist und (B) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B ist.
  • 4 ist eine Abbildung zum Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen dem Halbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform und einem Steuersubstrat 90, wobei (A) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 2 ist und (B) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B ist.
  • 5 ist eine Abbildung zum Darstellen eines Profil-Leiterrahmens 30 in einem Zustand vor dem Formen bzw. Gießen eines Harzformabschnittes 60 während eines Herstellungsverfahrens des Halbleitermoduls 1, wobei (A) eine Schnittansicht darstellt und (B) eine Draufsicht darstellt.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Hauptabschnittes des Herstellungsverfahrens des Halbleitermoduls 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 7 ist eine Draufsicht eines Hauptabschnitts eines Halbleitermoduls 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform (einer zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Substrat-Querschnittsansicht zum Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen dem Halbleitermodul 2 gemäß der ersten Ausführungsform und dem Steuersubstrat 90.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Erscheinungsbildes eines Hauptabschnittes eines Halbleitermoduls 3 gemäß einer noch weiteren Ausführungsform (einer dritten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 9 zum Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen einem oberen Arm 300A und einem unteren Arm 300B.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 9 zum Darstellen eines weiteren Beispiels einer Verbindung zwischen dem oberen Arm 300A und dem unteren Arm 300B.
  • 12 ist eine Abbildung zum genaueren Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen einem Halbleitermodul 4 und dem Steuersubstrat 90.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 2, 3, 4
    Halbleitermodul
    10
    Halbleitervorrichtung
    10A
    IGBT
    10B
    Diode
    24
    Verdrahtung
    30
    Profil-Leiterrahmen
    30B
    Profil-Leiterrahmen
    32
    Dickes Teil
    34
    Dünnes Teil
    40
    Isolationsschicht
    50
    Kühlplatte
    54
    Rippe
    60
    Harzformabschnitt
    82
    Lotschicht
    84a
    Überschüssiges Lot
    90
    Steuersubstrat
    100
    Antriebsvorrichtung 100 für ein Elektrofahrzeug
    101
    Batterie
    102
    DC-DC-Wandler
    103
    Wechselrichter
    104
    Motor zum Antreiben eines Fahrzeugs
    105
    Steuervorrichtung
    300A
    Oberer Arm
    300B
    Unterer Arm
    322
    Signal-Leitungsteil
    322a
    Verbindungs-Anschlussabschnitt
    333
    Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil
    333a
    Verbindungs-Anschlussabschnitt
    335
    Verstärkungsabschnitt
    342
    Leitungsteil
    342a, 342b
    Gebogener Abschnitt
    343
    Loch
    344
    Verbindungsteil
    351, 352
    Leistung- bzw. Strom-Leitungsteil
    361, 362, 363
    Leistung- bzw. Strom-Leitungsteil
    600
    Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600
    602, 604
    Haltedraht
    605
    Kopplungsabschnitt
  • Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
  • Nachfolgend ist die beste Art und Weise zum Ausführen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen detailliert beschrieben.
  • Zunächst ist eine Antriebsvorrichtung 100 für ein Elektrofahrzeug erläutert, bei welcher ein Halbleitermodul gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie nachfolgend detailliert beschrieben, angewendet werden kann.
  • 1 ist eine Abbildung zum Darstellen einer schematischen Konfiguration der Antriebsvorrichtung 100 für ein Elektrofahrzeug gemäß einer Ausführungsform. Die Antriebsvorrichtung 100 für ein Elektrofahrzeug ist eine Vorrichtung zum Antreiben eines Motors 104 zum Antreiben eines Fahrzeugs unter Verwendung von Leistung von einer Batterie 101. Es ist anzumerken, dass ein Typ des Elektrofahrzeugs oder eine detaillierte Konfiguration des Elektrofahrzeugs beliebig sein kann, solange das Elektrofahrzeug mithilfe des Motors 104 unter Verwendung von elektrischer Leistung angetrieben wird. Typischerweise enthält das Elektrofahrzeug ein Hybridfahrzeug (HV), welches eine Verbrennungskraftmaschine und den Motor 104 als eine Leistungsquelle enthält, und ein echtes bzw. reines Elektrofahrzeug, welches lediglich den Motor 104 als eine Leistungsquelle verwendet.
  • Die Antriebsvorrichtung 100 für ein Elektrofahrzeug enthält die Batterie 101, einen DC-DC-Wandler 102, einen Wechselrichter 103, den Motor 104 und eine Steuervorrichtung 105, wie in 1 dargestellt ist.
  • Die Batterie 101 ist eine beliebige Kondensatorzelle, welche Leistung sammelt, um eine Gleichspannung auszugeben. Die Batterie 101 kann durch eine Nickel-Wasserstoff-Batterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, ein kapazitives Element, wie ein elektrischer Doppelschichtkondensator usw. konfiguriert sein.
  • Der DC-DC-Wandler 102 ist ein Zweirichtungs-DC-DC-Wandler (ebenso als variabler Chopper-Typ eines Aufwärts-DC-DC-Wandlers bezeichnet) und ist in der Lage, eine Eingangsspannung von 14 V auf 42 V zu konvertieren, und eine Eingangsspannung von 42 V auf 14 V zu konvertieren. Der DC-DC-Wandler 102 enthält Schaltelemente Q1 und Q2, Dioden D1 und D2 und einen Induktor (Spule) L1.
  • Die Schaltelemente Q1 und Q2 sind bei diesem Beispiel IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode). Jedoch können andere Schaltelemente, wie MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) verwendet werden.
  • Die Schaltelemente Q1 und Q2 sind zwischen einer Leitung einer positiven Seite und einer Leitung einer negativen Seite des Wechselrichters 103 parallel verbunden bzw. geschaltet. Ein Kollektor des Schaltelements Q1 des oberen Arms ist mit der Leitung der positiven Seite verbunden und ein Emitter des Schaltelements Q2 des unteren Arms ist mit der Leitung der negativen Seite verbunden. Ein Ende des Induktors L1 ist mit einem Mittelpunkt zwischen den Schaltelementen Q1 und Q2 verbunden, das heißt, einer Verbindungsstelle zwischen dem Ermittler des Schaltelements Q1 und dem Kollektor des Schaltelements Q2. Ein anderes Ende des Induktors L1 ist über die Leitung der positiven Seite mit einer positiven Elektrode der Batterie 101 verbunden. Ferner ist der Emitter des Schaltelements Q2 über die Leitung der negativen Seite mit einer negativen Elektrode der Batterie 101 verbunden. Ferner sind zwischen den entsprechenden Kollekoren und Emittern der Schaltelemente Q1 und Q2 Dioden (Schwungraddioden) D1 und D2 vorgesehen, so dass der Strom von der Seite des Emitters zu der Seite des Kollektors strömt. Ferner ist zwischen einem weiteren Ende des Induktors L1 und der Leitung der negativen Seite ein Glättungskondensator C1 verbunden bzw. geschaltet, und zwischen dem Kollektor des Schaltelements Q1 und der Leitung der negativen Seite ist ein Glättungskondensator C2 verbunden bzw. geschaltet.
  • Der Wechselrichter 103 enthält Arme von U-V-W-Phasen, welche zwischen der Leitung der positiven Seite und der Leitung der negativen Seite parallel angeordnet sind. Die U-Phase enthält Schaltelemente (IGBTs bei diesem Beispiel) Q3 und Q4, welche in Reihe geschaltet sind, die V-Phase enthält Schaltelemente (IGBTs bei diesem Beispiel) Q5 und Q6, welche in Reihe geschaltet sind, und die W-Phase enthält Schaltelemente (IGBTs bei diesem Beispiel) Q7 und Q8, welche in Reihe geschaltet sind. Ferner sind zwischen den entsprechenden Kollektoren und Emittern der Schaltelemente Q3 bis Q8 Dioden (Schwungraddioden) D3 bis D8 vorgesehen, so dass der Strom von der Seite des Emitters zu der Seite des Kollektors strömt. Es ist anzumerken, dass der obere Arm des Wechselrichters 103 die Schaltelemente Q3, Q5 und Q7 und die Dioden D3, D5 und D7 enthält, und dass der untere Arm des Wechselrichters 103 die Schaltelemente Q4, Q6 und Q8 und die Dioden D4, D6 und D8 enthält.
  • Der Motor 104 ist ein Dreiphasen-Permanentmagnet-Motor und ein Ende jeder Spule der U-, V- und W-Phasen ist mit einem Mittelpunkt dazwischen gemeinsam verbunden. Das andere Ende der Spule der U-Phase ist mit einem Mittelpunkt zwischen den Schaltelementen Q3 und Q4 verbunden, das andere Ende der Spule der V-Phase ist mit einem Mittelpunkt zwischen den Schaltelementen Q5 und Q6 verbunden, und das andere Ende der Spule der W-Phase ist mit einem Mittelpunkt zwischen den Schaltelementen Q7 und Q8 verbunden.
  • Die Steuervorrichtung 105 steuert den DC-DC-Wandler 102 und den Wechselrichter 103. Die Steuervorrichtung 105 enthält eine CPU, einen ROM, einen Hauptspeicher usw. und die Funktionen der Steuervorrichtung 105 werden durchgeführt, wenn in dem ROM gespeicherte Steuerprogramme von dem Hauptspeicher ausgelesen werden und dann durch die CPU ausgeführt werden. Jedoch kann ein Teil oder die Gesamtheit der Steuervorrichtung 105 lediglich durch Hardware-Ressourcen implementiert werden. Ferner kann die Steuervorrichtung 105 mehrere Vorrichtungen enthalten, welche räumlich voneinander getrennt sind.
  • 2 ist eine Draufsicht zum Darstellen einer Hauptkonfiguration eines Halbleitermoduls (Leistungsmodul) 1 gemäß einer Ausführungsform (einer ersten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine Querschnittsansicht des Halbleitermoduls 1 entlang den jeweiligen Linien, wobei (A) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A ist und (B) eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B ist. Es ist anzumerken, dass in 2 und in 3 lediglich der Hauptabschnitt dargestellt ist und daher auf die Darstellung der Verkabelungsteile, wie eines Leistungs- bzw. Strom-Leitungsteils (nachfolgend beschrieben) usw., verzichtet wird. Ferner ist in 2 zum besseren Verständnis das Innere des Harzformabschnittes 60 transparent dargestellt (jedoch wird auf die Darstellung eine Isolationsschicht 40 und einer Kühlplatte 50 verzichtet).
  • Das Halbleitermodul 1 kann einen Teil des vorstehend beschriebenen Wechselrichters 103 bilden. Das Halbleitermodul 1 enthält als Hauptkomponenten Halbleitervorrichtungen 10, einen Profil-Leiterrahmen 30, eine Isolationsschicht 40, eine Kühlplatte 50 und einen Harzformabschnitt 60.
  • Es ist anzumerken, dass das Halbleitermodul 1 bei dem dargestellten Beispiel ein Teil des Wechselrichters 103 (siehe 1) ist, und dass die Halbleitervorrichtung 10 den IGBT und die Diode enthalten kann, welche den oberen Arm oder den unteren Arm einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase definieren, welche zwischen einer Leitung der positiven Seite und einer Leitung der negativen Seite parallel angeordnet sind. Es ist anzumerken, dass hierin angenommen wird, dass die Halbleitervorrichtung 10 ein Paar der IGBT und der Diode enthält, welches den oberen Arm des Wechselrichters 103 (siehe 1) definiert. Die Halbleitervorrichtung 10 enthält beispielsweise das Schaltelement (IGBT) Q3 und die Diode D3 des Wechselrichters 103 (siehe 1).
  • Der Profil-Leiterrahmen 30 enthält zwei Teile mit unterschiedlichen Dicken, das heißt, ein dickes Teil (Basisteil) 32 und ein dünnes Teil 34 (siehe 5). In einem typischen Fall beträgt ein Dickenverhältnis zwischen dem dicken Teil 32 und dem dünnen Teil 34 4:1. Das dicke Teil 32 kann jedoch eine Dicke besitzen, welche größer ist als viermal die Dicke des dünnen Teils 34, um eine nachfolgend beschriebene Wärmesenken-Funktion zu erhöhen. Beispielsweise kann ein Dickenverhältnis zwischen dem dicken Teil 32 und dem dünnen Teil 34 6:1 betragen.
  • Das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 besitzt eine Wärmesenken-Funktion des Absorbierens von Wärme, wie transienter Wärme, und des Verteilens derselben. Der Profil-Leiterrahmen 30 kann aus jedem anderen Material als ein Metallmaterial ausgebildet sein, solange dieses eine Wärmesenken-Funktion besitzt; jedoch ist der Profil-Leiterrahmen 30 vorzugsweise aus einem Metallmaterial ausgebildet, welches eine gute Temperaturleitfähigkeit besitzt, wie Kupfer. Auf einer oberen Oberfläche des Profil-Leiterrahmen 30 wird die Halbleitervorrichtung 10 durch Löten usw. angeordnet. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Halbleitervorrichtung 10 auf der oberen Oberfläche des Profil-Leiterrahmens 30 mittels einer Lotschicht 82 installiert. Der Profil-Leiterrahmen 30 absorbiert hauptsächlich die während des Betriebs der Halbleitervorrichtung 10 in der Halbleitervorrichtung 10 erzeugte Wärme und verbreitet die Wärme in Richtung des Inneren davon.
  • Das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmen 30 mit ferner mit einem Anschluss der Halbleitervorrichtung 10 auf der Rückseite der Halbleitervorrichtung 10 elektrisch verbunden. Bei diesem Beispiel ist das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 mit einer Kollektorelektrode der IGBT verbunden.
  • Das dünne Teil 34 des Profil-Leiterrahmens 30 bildet Verdrahtungselemente und ein Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 usw. Die Verdrahtungselemente können Verdrahtungelemente (ein Signal-Leitungsteil) 322 für eine Signalübertragung, und Verdrahtungselemente (ein Strom- bzw. Leistungs-Leitungsteil) für eine Leistungs-Zuführleitung enthalten. Es ist anzumerken, dass in 2 und in 3 auf die Darstellung des Leistungs-Leitungsteils verzichtet ist. Das durch das dünne Teil 34 ausgebildete Leistungs-Leitungsteil bildet beispielsweise einen Anschluss der positiven Seite (Eingangsanschluss) P1 des vorstehend beschriebenen Wechselrichters 103 (siehe 1), und verbindet den Wechselrichter 103 und die Batterie 101. Es ist anzumerken, dass die durch die dünnen Teile 34 ausgebildeten Leistungs-Leitungsteile im Falle des unteren Arms die jeweiligen Anschlüsse der U-Phase, der V-Phase oder der W-Phase des vorstehend beschriebenen Wechselrichters 103 (siehe 1) ausbilden und den Wechselrichter 103 und den Motor 104 verbinden.
  • In 3(A) ist das Verdrahtungselement 322 für eine Signalübertragung (nachfolgend als ein Signal-Leitungsteil 322 bezeichnet) dargestellt. Das Signal-Leitungsteil 322 besitzt einen stiftförmigen Körper. Wie nachfolgend beschrieben, wird das Signal-Leitungsteil 322 während eines Herstellungsvorganges des Halbleitermoduls 1 von dem dicken Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 elektrisch getrennt. Die Verdrahtungselemente 322 können durch Drahtbonden (Aluminiumdrähte) 24 usw. mit den entsprechenden Anschlüssen der Halbleitervorrichtung 10 verbunden werden. Bei diesem Beispiel sind die Verdrahtungselemente 322 mit einer Gateelektrode der IGBT usw. verbunden. In 3(B) ist das Spannungs-Leitungsteil 333 dargestellt. Das Spannungs-Leitungsteil 333 wird von dem dicken Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 nahtlos ausgebildet. Daher ist das Spannungs-Leitungsteil 333 bezüglich des Profil-Leiterrahmens 30 äquipotential und ist daher bezüglich der Kollektorelektrode des IGBT äquipotential. Die Halbleitervorrichtung 10, mit welcher das Spannungs-Leitungsteil 333 verbunden wird, bildet einen Teil des oberen Arms des vorstehend beschriebenen Wechselrichters 103 (siehe 1). Das Spannungs-Leitungsteil 333 kann die Eingangsspannung (d. h., Spannung bei dem Punkt P1 in 1) des Wechselrichters 103 erfassen.
  • Die Isolationsschicht 40 ist beispielsweise durch eine Harzschicht bzw. Harzfolie ausgebildet. Die Isolationsschicht 40 ermöglicht eine hohe thermische Leitfähigkeit von dem dicken Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 zu der Kühlplatte 50, während diese zwischen dem dicken Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 und der Kühlplatte 50 eine elektrische Isolation sicherstellt. Die Isolationsschicht 40 besitzt eine äußere Gestalt, welche größer ist als eine untere Oberfläche des dicken Teils 32 des Profil-Leiterrahmens 30, wie in 3 usw. dargestellt ist.
  • Es ist anzumerken, dass die Isolationsschicht 40 das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 und die Kühlplatte 50 ohne die Verwendung von Lot, Metallschichten oder dergleichen direkt miteinander verbindet. Mit dieser Anordnung ist es im Vergleich zu dem Falle des Verwendens des Lots möglich, den thermischen Widerstand zu reduzieren und einen Vorgang zu vereinfachen. Ferner wird die Oberflächenbehandlung auf der Kühlplatte 50, so dass diese zum Löten geeignet ist, überflüssig. Die Isolationsschicht 40 besteht beispielsweise aus dem gleichen Harzmaterial (beispielsweise Epoxidharz) wie der nachfolgend beschriebene Harzformabschnitt 60 und verbindet das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 und die Kühlplatte 50 unter einem Druck und bei einer Temperatur zum Zeitpunkt des Formens des nachfolgend beschriebenen Harzformabschnittes 60.
  • Die Kühlplatte 50 ist aus einem Material gebildet, welches eine gute thermische Leitfähigkeit besitzt. Die Kühlplatte 50 kann beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium ausgebildet sein. Die Kühlplatte 50 besitzt auf einer unteren Oberfläche davon Rippen 54. Die Anzahl der Rippen 54 und die Art und Weise der Anordnung der Rippen 54 sind beliebig, solange nicht anders angegeben. Ferner ist eine Konfiguration der Rippen 54, wie eine Gestalt, eine Höhe usw. beliebig. Die Rippen 54 können gerade Rippen oder stiftförmige Rippen sein, welche in einer versetzten Anordnung oder dergleichen angeordnet sind. In einem installierten Zustand des Halbleitermoduls 1 kommen die Rippen 54 mit einem Kühlmedium, wie Kühlwasser oder Kühlluft, in Kontakt. Auf diese Art und Weise wird die während der Betätigungen der Halbleitervorrichtungen 10 erzeugte Wärme in den Halbleitervorrichtungen 10 über den dicken Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30, die Isolationsschicht 40 und die Kühlplatte 50 von den Rippen 54 der Kühlplatte 50 zu dem Kühlermedium übertragen.
  • Es ist anzumerken, dass die Rippen 54 mit der Kühlplatte 50 integral ausgebildet sein können (beispielsweise Aluminiumdruckguss) oder durch Schweißen oder dergleichen in die Kühlplatte 50 integriert sein können. Ferner kann die Kühlplatte 50 durch Verbinden einer Scheibe einer Metallplatte mit einer weiteren Scheibe eines Metalls mit darin ausgebildeten Rippen mittels Bolzen oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Der Harzformabschnitt 60 wird durch Formen eines Harzes auf der Halbleitervorrichtung 10, den Verdrahtungselementen, wie dem Signal-Leitungsteil 322 mit Ausnahme des Endes davon, dem Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 mit Ausnahme des Endes davon, dem dicken Teil 32 des Profil-Leitenahmens 30, der Isolationsschicht 40 und der Kühlplatte 50 ausgebildet, wie in 3 usw. dargestellt ist. Der Harzformabschnitt 60 ist insbesondere ein Abschnitt, um darin die Hauptkomponenten (die Halbleitervorrichtung 10, die Verdrahtungselemente, wie das Signal-Leitungsteil 322 mit Ausnahme des Endes davon, das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 mit Ausnahme des Endes davon, das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30, die Isolationsschicht 40) bezüglich der oberen Oberfläche der Kühlplatte 50 darin abzudichten. Es ist anzumerken, dass das verwendete Harz beispielsweise Epoxidharz sein kann. Jedoch sind bezüglich der Verdrahtungselemente, wie dem Signal-Leitungsteil 322 und dem Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333, Verbindungs-Anschlussabschnitte 322a, 333a zum Verbinden mit Peripherievorrichtungen und zugehörige Abschnitte davon, welche zum Erstrecken der Verbindungs-Anschlussabschnitte 322a, 333a zu vorbestimmten Positionen erforderlich sind (die Verbindungs-Anschlussabschnitte und die zugehörigen Abschnitte davon sind nachfolgend lediglich als „Endabschnitte” bezeichnet), von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt. Die endgültigen Gestaltungen der jeweiligen Endabschnitte der Verdrahtungselemente, wie dem Signal-Leitungsteil 322 und dem Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 werden durch Schneiden und Ausbilden des Leiters, was nach dem Formen des Harzes durchgeführt wird, implementiert. Dies wird nachfolgend mit Bezug auf 5 usw. beschrieben.
  • 4 ist eine Abbildung zum Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen dem Halbleitermodul 1 und einem Steuersubstrat 90, wobei (A) eine Querschnittsansicht (entsprechend einer Querschnittsansicht von 3(A)) entlang einer Linie A-A in 2 ist, und (B) eine Querschnittsansicht (entsprechend einer Querschnittsansicht von 3(B)) entlang einer Linie B-B ist.
  • Wie in 4(A) dargestellt, ist der Anschluss 322a des Signal-Leitungsteils 322, welches von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt ist, mit dem Steuersubstrat 90 verbunden. Das Steuersubstrat 90 kann ein Teil der in 1 dargestellten Steuervorrichtung 105 sein. Der Anschluss 322a des Signal-Leitungsteils 322 durchläuft das Steuersubstrat 90 über ein Durchgangsloch in dem Steuersubstrat 90 und ist mit dem Steuersubstrat 90 verlötet.
  • In gleicher Art und Weise, wie in 4(B) dargestellt, ist das Ende des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333, welches von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt ist, mit dem Steuersubstrat 90 verbunden. Der Verbindungs-Anschlussabschnitt 333a des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 durchläuft das Steuersubstrat 90 über ein Durchgangsloch in dem Steuersubstrat 90 und ist mit dem Steuersubstrat 90 verlötet. Auf diese Art und Weise kann eine Signalleitung, durch welche ein Signal bezeichnend für die Eingangsspannung des Wechselrichters 103 übertragen wird, zu der Steuervorrichtung 105 geführt werden. Mit anderen Worten, das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 kann als ein Spannungssensor (einschließlich einer Spannungs-Überwachungsvorrichtung) dienen. Die Steuervorrichtung 105 kann basierend auf dem Signal (Spannung) von dem Verbindungs-Anschlussabschnitt 333a des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 verschiedene Steuerungen durchführen. Die Steuervorrichtung 105 kann beispielsweise die Eingangsspannung des Wechselrichters 103 basierend auf dem Signal (Spannung) von dem Verbindungs-Anschlussabschnitt 333a des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 überwachen, um zu überwachen, ob bei dem Halbleitermodul 1 eine Abweichung bzw. Abnormalität vorliegt.
  • Auf diese Art und Weise wird es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, die Hochspannungs-Signalleitung von der Halbleitervorrichtung 10 (die Signalleitung zum Übertragen des Signals bezeichnend für die Eingangsspannung des Wechselrichters 103) auszubilden, anstatt diese von dem Leistungs-Leitungsteil auszubilden, da das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 von dem dünnen Teil 34 des Profil-Leiterrahmens 30 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, da das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 mit dem Steuersubstrat 90 verschweißt werden kann, wie im Falle des Signal-Leitungsteils 322, ist es nicht mehr notwendig, die Signalleitung von der Sammelschiene auszubilden und einen Verbinder zum Verbinden der Signalleitung mit dem Steuersubstrat 90 vorzusehen. Daher wird es möglich, das Steuersubstrat 90 zu verkleinern und die Kosten zu reduzieren. Ferner wird es möglich, die Anzahl der Bauteile sowie den Einfluss von Maßtoleranzen oder Herstellungstoleranzen zu reduzieren, da das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 von dem dünnen Teil 34 ausgebildet ist. Bei dieser Verbindung ist gemäß einer Konfiguration, bei welcher anstatt des dicken Teils 32 des Profil-Leiterrahmens 30 ein separater Metallblock verwendet wird, die Positionsgenauigkeit zwischen dem Metallblock und der Leitungsteile aufgrund der Herstellungstoleranzen sowie der Maßtoleranzen reduziert, und zusätzliche Vorgänge zum Verbinden des Metallblocks und der Leitungsteile sind notwendig. Ferner dient das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 außerdem als eine Verstärkung, da das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 durch Löten mit dem Steuersubstrat 90 verbunden ist. Mit anderen Worten, der Verbindungsbereich zwischen dem Steuersubstrat 90 und dem Profil-Leiterrahmen 30 ist erhöht. Dadurch ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibration erhöht.
  • Ferner ist es gemäß der ersten Ausführungsform nicht mehr notwendig, einen separaten Metallblock vorzusehen, um die erforderliche Wärmesenken-Funktion sicherzustellen, da das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 eine Wärmesenken-Funktion bereitstellt.
  • Es ist anzumerken, dass der Wechselrichter 103 durch mehrere Halbleitermodule 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet sein kann. In diesem Fall können mehrere Halbleitermodule 1 mit demselben Steuersubstrat 90 in einer Art und Weise verbunden sein, wie dies in 3 dargestellt ist. In diesem Fall kann das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 lediglich für ein einzelnes Halbleitermodul 1 aus der Mehrzahl von Halbleitermodulen 1 vorgesehen sein, welches den oberen Arm bildet. In diesem Fall kann mit Bezug auf andere Halbleitermodule 1 auf Abschnitte entsprechend den Spannungs-Erfassungs-Leitungsteilen 333 verzichtet werden, oder diese können als eine Verstärkung dienen, wie dies bei einem Verstärkungsabschnitt 335 (siehe nachfolgend beschriebene 7) gemäß einer nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsform der Fall ist.
  • Ferner sind die Halbleitermodule 1 gemäß der ersten Ausführungsform derart vorgesehen, dass sich diese rechtwinklig zu dem Steuersubstrat 90 befinden (d. h., die Richtung der Normalen zu der Grundfläche des Profil-Leiterrahmens 30 ist rechtwinklig zu der Richtung der Normalen zu der Grundfläche des Steuersubstrats 90); jedoch ist das Positionsverhältnis zwischen den Halbleitermodulen 1 und dem Steuersubstrat 90 beliebig. Das Halbleitermodul 1 kann beispielsweise derart vorgesehen sein, dass sich dieses parallel zu dem Steuersubstrat 90 befindet.
  • Nachfolgend wird mit Bezug auf 5 und 6 ein Hauptteil eines Beispiels der Art und Weise zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform erläutert.
  • 5 ist eine Abbildung zum Darstellen eines Profil-Leiterrahmens 30 in einem Zustand vor dem Formen bzw. Gießen eines Harzformabschnittes 60 während eines Herstellungsvorganges des Halbleitermoduls 1, wobei (A) eine Schnittansicht darstellt und (B) eine Draufsicht darstellt. Es ist anzumerken, dass auch in 5 lediglich der Hauptabschnitt dargestellt ist und daher auf die Darstellung der Verdrahtungsteile, wie eines Leistung-Leitungsteils (nachfolgend beschrieben) usw. verzichtet wird. 6 ist ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Hauptabschnittes des Herstellungsvorganges bzw. -verfahrens des Halbleitermoduls 1 gemäß der ersten Ausführungsform, wobei (A), (B) und (C) die jeweiligen Stufen des Herstellungsvorganges darstellen. Es ist anzumerken, dass in 6(A), (B) und (C) eine Draufsicht des Halbleitermoduls 1 während des Herstellungsvorganges schematisch dargestellt ist; zum besseren Verständnis ist das Innere des Harzformabschnittes 60 jedoch transparent dargestellt (auf die Darstellung einer Isolationsschicht 40 und einer Kühlplatte 50 wird jedoch verzichtet).
  • Der Profil-Leiterrahmen 30 enthält vor dem Formen des Harzformabschnittes 60 einen Abschnitt 600 (nachfolgend als ein Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600 bezeichnet), welcher das Signal-Leitungsteil 322 bildet, wie in 5 dargestellt ist. Der Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600 wird durch das dicke Teil 32 über sogenannte Haltedrähte 602 und 604 getragen. Mit anderen Worten, die Signal-Leitungsteile 322 werden in dem vervollständigen Zustand des Halbleitermoduls 1 nicht direkt durch das dicke Teil 32 getragen; der Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600 hingegen wird während des Herstellungsvorganges des Halbleitermoduls 1 durch das dicke Teil 32 über Kopplungsabschnitte 605 getragen.
  • Dann wird die Halbleitervorrichtung 10 durch das Verlöten oder dergleichen auf dem Profil-Leiterrahmen 30 installiert, wie in 5 dargestellt, und der Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600 wird durch die Verdrahtung 24 mit der Halbleitervorrichtung 10 verbunden, wie in 6(A) dargestellt ist. Ferner wird der Profil-Leiterrahmen 30 über die Isolationsschicht 40 mit der Kühlplatte 50 gekoppelt, wie vorstehend beschrieben ist, obwohl dies nicht dargestellt ist. Dann wird das Formen des Harzes durchgeführt, um den Harzformabschnitt 60 zu bilden, wie in 6(B) dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Teil (Ende) des Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnittes 600 nicht mit dem geformten bzw. gegossenen Harz bedeckt und dadurch von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt, wie in 6(B) dargestellt ist. Andererseits wird das andere Ende des Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnittes 600 (das Ende, bei welchem die Verdrahtung durchgeführt wird) durch den Harzformabschnitt 60 abgedichtet und getragen. Dadurch ist bei dieser Stufe die ursprüngliche Rolle der Haltedrähte 602 und 604 (d. h., den Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600 zu tragen) nicht länger notwendig. Daher wird anschließend ein Teil des Profil-Leiterrahmens 30, welcher nicht länger notwendig ist, entfernt, wie in 6(C) dargestellt ist. Auf diese Art und Weise wird der Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600 in die Gestalt des Signal-Leitungsteils 322 gebracht. Daher verliert das Signal-Leitungsteil 322 in dieser Stufe die Verbindung (d. h., die Verbindung über den Haltedraht 604) mit dem dicken Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30. Ferner wird das Signal-Leitungsteil 322 einschließlich mehrerer Leiterabschnitte derart ausgebildet, dass die jeweiligen Leiterabschnitte voneinander getrennt sind. Im Gegensatz dazu wird der Haltedraht 602 nicht vollständig entfernt und in die Gestalt des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 gebracht. Insbesondere bei dem in 5 und 6 dargestellten Beispiel wird der Haltedraht 604 abgeschnitten, während bei dem Haltedraht 602 lediglich der Kopplungsabschnitt 605 usw. entfernt wird. Auf diese Art und Weise wird der Haltedraht 602 derart ausgebildet, dass dieser als das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 zur Verfügung steht.
  • Gemäß dem in 5 und 6 dargestellten Herstellungsvorgang kann das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 unter Verwendung des Haltedrahtes 602 ausgebildet werden, welcher die Funktion des Haltens des Signal-Leitungs-Ausbildungsabschnitt 600 bezüglich des dicken Teils 32 des Profil-Leiterrahmens 30 vor dem Formen besitzt.
  • 7 ist eine Draufsicht zum Darstellen eines Hauptteils eines Halbleitermoduls 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform (einer zweiten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung. 7 stellt eine Draufsicht des Halbleitermoduls 2 während des Herstellungsvorganges zur Gegenüberstellung bezüglich 6(C) gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform schematisch dar, um den Unterschied bezüglich des Halbleitermoduls 1 gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform darzustellen. Es ist anzumerken, dass in 7, wie dies in 6(C) der Fall ist, dass Innere des Harzformabschnittes 60 zum besseren Verständnis transparent dargestellt ist (jedoch wird auf die Darstellung einer Isolationsschicht 40 und einer Kühlplatte 50 verzichtet). 8 ist eine Substrat-Querschnittsansicht zum Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen dem Halbleitermodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform und dem Steuersubstrat 90.
  • Das Halbleitermodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Halbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich darin, dass die Breite w des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 größer ist als die Breite des Signal-Leitungsteils 322 (d. h., die Breite der jeweiligen Leitungs bzw. Leitererabschnitte), wie dies in 7 dargestellt ist. Es ist anzumerken, dass bei dem dargestellten Beispiel der Haltedraht 604 auf der rechten Seite ebenso nicht entfernt ist, und daher zu einem Abschnitt 335 (nachfolgend als Verstärkungsabschnitt 335 bezeichnet) ausgebildet ist, welcher eine ähnliche Gestalt wie das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 besitzt. Der Verstärkungsabschnitt 335 ist ein optionaler Abschnitt, welcher für die nachfolgend beschriebene Verstärkung vorgesehen ist.
  • Die Breite w des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 ist größer als die Breite des Signal-Leitungsteils 322 (d. h., die Breite der jeweiligen Leiterabschnitte). Die Breite w des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 kann hin zu einer geeigneten Breite angepasst werden, welche zum Implementieren der nachfolgend beschriebenen Verstärkungsfunktion geeignet ist. Im Allgemeinen ist die Breite w des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 jedoch kleiner als die Breite des Leistungs-Leitungsteils (siehe 9), durch welches viel Strom läuft.
  • Wie in 8 dargestellt, ist gemäß dem Halbleitermodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform ein Verbindungs-Anschlussabschnitt 322a des Signal-Leitungsteils 322, welches von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt ist, mit dem Steuersubstrat 90 verbunden, wie dies bei dem Halbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Fall ist. Das Steuersubstrat 90 kann ein Teil der in 1 dargestellten Steuervorrichtung 105 sein. Der Anschluss 322a des Signal-Leitungsteils 322 läuft beispielsweise über ein Durchgangsloch in dem Steuersubstrat 90 durch das Steuersubstrat 90 und ist mit dem Steuersubstrat 90 verlötet.
  • In gleicher Art und Weise, wie in 8 dargestellt, ist das Ende des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333, welches von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt ist, mit dem Steuersubstrat 90 verbunden. Insbesondere durchläuft der Verbindungs-Anschlussabschnitt 333a des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 über ein Durchgangsloch in dem Steuersubstrat 90 durch das Steuersubstrat 90 und ist mit dem Steuersubstrat 90 verlötet. Auf diese Art und Weise kann eine Signalleitung, durch welche ein Signal übertragen wird, welches bezeichnend für die Eingangsspannung des Wechselrichters 103 ist, zu der Steuervorrichtung 105 geführt werden. Ferner ist das Ende des Verstärkungsabschnittes 335, welcher von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt ist, mit dem Steuersubstrat 90 verbunden. Insbesondere läuft das Ende des Verstärkungsabschnittes 335 über ein Durchgangsloch in dem Steuersubstrat 90 durch das Steuersubstrat 90 und ist mit dem Steuersubstrat 90 verlötet.
  • Auf diese Art und Weise wird es gemäß des Halbleitermoduls 2 gemäß der zweiten Ausführungsform, wie im Falle des Halbleitermoduls 1 gemäß der ersten Ausführungsform, möglich, das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 durch das Löten mit dem Steuersubstrat 90 zu verbinden, wie dies bei dem Signal-Leitungsteil 322 der Fall ist, da das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 von dem dünnen Teil 34 des Profil-Leiterrahmens 30 ausgebildet ist. Dadurch ist es nicht länger notwendig, die Signalleitung von der Sammelschiene auszubilden und einen Verbinder zum Verbinden der Signalleitung mit dem Steuersubstrat 90 vorzusehen. Dadurch wird es möglich, das Steuersubstrat 90 zu verkleinern und die Kosten zu reduzieren. Ferner wird es möglich, die Anzahl der Bauteile sowie den Einfluss von Maßtoleranzen oder Herstellungstoleranzen zu reduzieren, da das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 von dem dünnen Teil 34 ausgebildet ist. Ferner dient das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 außerdem als eine Verstärkung, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibration verbessert wird, da das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 durch Löten mit dem Steuersubstrat 90 verbunden ist. Insbesondere wird gemäß der zweiten Ausführungsform die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibration auf vorteilhafte Art und Weise erhöht, da die Breite w des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 größer ist als diese des Signal-Leitungsteils 322. Ferner wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber Vibration in dem Fall, bei dem der Verstärkungsabschnitt 335 außerdem durch Löten mit dem Steuersubstrat 90 verbunden ist, weiter erhöht. Diese Konfigurationen sind insbesondere geeignet, falls das Halbleitermodul 2 in einer stark vibrierenden Umgebung verwendet wird. Dies liegt daran, da in solch einer Umgebung Risse in dem gelöteten, verbundenen Abschnitt zwischen dem Steuersubstrat 90 und dem Signal-Leitungsteil 322 dazu tendieren, aufgrund der Vibration oder der Einwirkung schneller größer zu werden.
  • Ferner ist es gemäß dem Halbleitermodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform nicht länger notwendig, einen separaten Metallblock vorzusehen, um die erforderliche Wärmesenken-Funktion sicherzustellen, wie dies bei einem Halbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Fall ist, dass das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 eine Wärmesenken-Funktion erfüllt.
  • Es ist anzumerken, dass der Wechselrichter 103 durch mehrere Halbleitermodule 2 ausgebildet sein kann, wie in 7 und 8 dargestellt. In diesem Fall können mehrere Halbleitermodule 2 mit demselben Steuersubstrat 90 in einer Art und Weise verbunden sein, wie dies in 8 dargestellt ist. In diesem Fall kann das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 lediglich für ein einzelnes Halbleitermodul 1 aus den Halbleitermodulen 2 vorgesehen sein, welches den oberen Arm bildet. In diesem Fall kann bezüglich der anderen Halbleitermodule 2 auf Abschnitte entsprechend den Spannungs-Erfassungs-Leitungsteilen 333 verzichtet werden, oder diese können als eine Verstärkung dienen, wie dies bei dem Verstärkungsabschnitt 335 der Fall ist.
  • Ferner brauchen der Verstärkungsabschnitt 335 und das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 bei der zweiten Ausführungsform nicht notwendigerweise die gleiche Breite besitzen, falls der Verstärkungsabschnitt 335 vorgesehen ist. Die Breite w des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils 333 kann beispielsweise größer sein als diese des Signal-Erfassungs-Leitungsteils 322, und die Breite des Verstärkungsabschnittes 335 kam im Wesentlichen die gleiche Breite besitzen wie das Signal-Erfassungs-Leitungsteil 322. Alternativ kann die Breite des Verstärkungsabschnittes 335 größer sein als diese des Signal-Leitungsteils 322, und die Breite w des Spannungs-Erfassungs-Leitungsteils kann im Wesentlichen gleich dieser des Signal-Leitungsteil 322 sein.
  • Ferner ist das Halbleitermodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform derart vorgesehen, dass sich dieses rechtwinklig zu den Steuersubstrat 90 befindet; jedoch ist das Positionsverhältnis bezüglich des Steuersubstrats 90 beliebig. Das Halbleitermodul 2 kann beispielsweise derart vorgesehen sein, dass sich dieses parallel zu den Steuersubstrat 90 befindet.
  • 9 ist eine perspektivische Ansicht zum Darstellen eines Erscheinungsbildes eines Hauptabschnittes eines Halbleitermoduls 3 gemäß einer noch weiteren Ausführungsform (einer dritten Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung. Es ist anzumerken, dass in 9 das Innere des Harzformabschnittes 60 zum besseren Verständnis transparent dargestellt ist.
  • Das Halbleitermodul 3 enthält einen oberen Arm 300A und einen unteren Arm 300B, welche integral gepackt bzw. gebündelt sind. Auf diese Art und Weise kann eine in dem Halbleitermodul 3 gepackte Einheit beliebig sein. Der obere Arm 300A des Halbleitermoduls 3 enthält eine Konfiguration mit Bezug auf den Profil-Leiterrahmen 30 der Halbleitermodule 1 und 2 gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen. Ferner enthält der untere Arm 300B des Halbleitermoduls 3 im Wesentlichen die gleiche Konfiguration wie die Konstruktion mit Bezug auf den Profil-Leiterrahmen 30 der Halbleitermodule 1 und 2 gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen, mit Ausnahme davon, dass das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 nicht notwendig ist. Es ist anzumerken, dass der untere Arm 300B unter Verwendung eines Profil-Leiterrahmens 30B ausgebildet ist, welcher von dem Profil-Leiterrahmen 30 des oberen Arms 300A getrennt ist. Der obere Arm 300A und der untere Arm 300B sind durch denselben Harzformabschnitt 60 abgedichtet.
  • Bei dem in 9 dargestellten Beispiel ist das Halbleitermodul 3 derart vorgesehen, dass sich dieses parallel zu dem Steuersubstrat 90 (dargestellt durch eine gestrichelte Linie mit sich abwechselnden langen und kurzen Linien) befindet. Mit anderen Worten, die Richtung der Normalen zu der Grundfläche des Profil-Leiterrahmens 30 ist parallel zu der Richtung der Normalen der Grundfläche des Steuersubstrats 90. Das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 ist gebogen, um sich in einer Richtung nach oben, in Richtung des Steuersubstrats 90, zu erstrecken. Es ist anzumerken, dass das Spannungs-Erfassung-Leitungsteil 333 durch Löten mit dem Steuersubstrat 90 verbunden werden kann, wie dies bei den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen der Fall ist, obwohl auf eine Darstellung davon verzichtet ist.
  • Bei dem in 9 dargestellten Beispiel ist ein Leistungs-Leitungsteil 351, welches dem Anschluss P1 der positiven Seite (Eingangsanschluss) des Wechselrichters 103 (siehe 1) entspricht, von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt, um sich von einer Seite des Halbleitermoduls 3 in einer X-Richtung zu erstrecken. Ferner ist ein Leistungs-Leitungsteil 352, welches dem Anschluss P2 der negativen Seite des Wechselrichters 103 (siehe 1) entspricht, von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt, um sich von einer Seite des Halbleitermoduls 3 in der X-Richtung zu erstrecken. Ferner sind die Signal-Leitungsteile 322 und das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 des oberen Arms 300A von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt, um sich von einer Seite des Halbleitermoduls 3 in einer X-Richtung zu erstrecken. Es ist anzumerken, dass das Leistungs-Leitungsteil 351 von dem dünnen Teil 34 des Profil-Leiterrahmens 30 ausgebildet ist, welches den oberen Arm 300A des Halbleitermoduls 3 bildet, und das Leistungs-Leitungsteil 352 ist von einem separaten Profil-Leiterrahmen 31 ausgebildet, welcher sich von dem Profil-Leiterrahmen 30 unterscheidet. Ferner sind Leistungs- bzw. Strom-Leitungsteile 361, 362 und 363, welche dem jeweiligen Anschluss der U-, V- und W-Phasen des Wechselrichters 103 (siehe 1) entsprechen, von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt, um sich von einer anderen Seite des Halbleitermoduls 3 in der X-Richtung zu erstrecken. Ferner sind die Signal-Leitungsteile 322 des unteren Arms 300B von dem Harzformabschnitt 60 freigelegt, um sich von der anderen Seite des Halbleitermoduls 3 in der X-Richtung zu erstrecken. Leistungs-Leitungsteile 361, 362 und 363 sind von dem dünnen Teil des Profil-Leiterrahmens 30B ausgebildet, welcher den unteren Arm 300B bildet. Es ist anzumerken, dass sich bei dem dargestellten Beispiel ein Anschluss 370 des separaten Profil-Leiterrahmens 31, welcher mit der Seite des Emitters der Halbleitervorrichtung 10 des unteren Arms 300B verbunden ist, von einer Seite des Halbleitermoduls 3 in einer Y-Richtung erstreckt; jedoch kann sich der Anschluss 370 von einer anderen Seite des Halbleitermoduls 3 in der X-Richtung erschrecken, wie dies bei den Strom- bzw. Leistungs-Leitungsteilen 361, 362 und 363 der Fall ist. Es ist anzumerken, dass Klemmabschnitte des Halbleitermoduls 3 zu einem Kühlwasserkanal bei dem Ende des Halbleitermoduls 3 in der Y-Richtung vorgesehen sein können, obwohl dies nicht dargestellt ist.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 9 zum Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen einem oberen Arm 300A und einem unteren Arm 300B. In 10 wird zum Zwecke des Reduzierens der Komplexität der Abbildung auf die Darstellung der Isolationsschicht 40, der Kühlplatte 50 und des Harzformabschnittes 60 verzichtet.
  • Verbindungsteile 344 der Leitungsteile 342, welche von dem dünnen Teil des Profil-Leiterrahmens 30 des unteren Arms 300B ausgebildet sind, enthalten jeweils einen gebogenen Abschnitt 342a, welcher sich von einer horizontalen Richtung in einer schrägen Richtung nach unten erstreckt, und einen gebogenen Abschnitt 342b, welcher sich von der schrägen Richtung nach unten in einer horizontalen Richtung erstreckt, wie dies in 10 dargestellt ist. Die Verbindungsteile 344 der Leitungsteile 342 werden mit den Halbleitervorrichtungen 10 (d. h., dem IGBT 10A und der Diode 10B) durch Löten verbunden. Hierbei bewegt sich im Falle von überschüssigem Lot 84a, welches beim Löten erzeugt wird, das überschüssige Lot 84a in der Aufwärtsrichtung entlang der Rückseite des Leitungsteils 342, um einen Steg auszubilden, wie in 10 schematisch dargestellt ist. Auf diese Art und Weise wird es gemäß dem Beispiel durch das Vorsehen der gebogenen Abschnitte 342a und 342b möglich, das überschüssige Lot 84a mit den gebogenen Abschnitten 342a und 342b aufzunehmen.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 9 zum Darstellen eines weiteren Beispiels einer Verbindung zwischen dem oberen Arm 300A und dem unteren Arm 300B. In 11 wird zum Zwecke des Reduzierens der Komplexität der Abbildung auf die Darstellung der Isolationsschicht 40, der Kühlplatte 50 und des Harzformabschnittes 60 verzichtet.
  • Verbindungsteile 344 der Leitungsteile 342, welche von dem dünnen Teil des Profil-Leiterrahmen 30B des unteren Arms 300B ausgebildet sind, enthalten jeweils Löcher 343, wie in 11 dargestellt ist. Die Löcher 343 sind in den Verbindungsteilen 344 vorgesehen, welche durch Ausbilden des Leitungsteils 342 in eine konkave Gestalt ausgebildet sind, wie in 11 dargestellt. Die Verbindungsteile 344 der Leitungsteile 342 werden mit den Halbleitervorrichtungen 10 (d. h., dem IGBT 10A und der Diode 10B) durch Löten verbunden. Die Leitungsteile 342 werden mit den Halbleitervorrichtungen 10 (d. h., dem IGBT 10A und der Diode 10B) des oberen Arms 300A insbesondere durch das Durchführen des Lötens in den Löchern der Verbindungsteile 344 verbunden. Falls die überschüssigen Lote 84a beim Löten erzeugt werden, dringen die überschüssigen Lote 84a aus den Löchern 343 in konkave Räume in den Verbindungsteilen 344 aus, wie dies in 11 schematisch dargestellt ist. Auf diese Art und Weise wird es gemäß des Beispiels durch das Ausbilden des Loches 343 bei dem Boden des Verbindungsteils 344 mit einer konkaven Gestalt möglich, das überschüssige Lot 84a aufzunehmen.
  • Gemäß des Halbleitermoduls 3 der dritten Ausführungsform können zusätzlich zu den Effekten gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen unter anderem die nachfolgenden Effekte erhalten werden. Ferner wird es möglich, die Anzahl der Bauteile sowie den Einfluss von Maßtoleranzen oder Herstellungstoleranzen zu reduzieren, da die Verbindung zwischen dem oberen Arm 300A und dem unteren Arm 300B durch das von dem dünnen Teil des Profil-Leiterrahmens 30B des unteren Arms 300B ausgebildete Leitungsteil 342 implementiert wird. Bei dieser Verbindung ist gemäß einer Konfiguration, bei welcher ein separater Metallblock anstatt des dicken Teils 32B des Profil-Leiterrahmens 30B verwendet wird, die Positionsgenauigkeit zwischen dem Metallblock und den Leitungsteilen aufgrund der Herstellungstoleranzen sowie der Maßtoleranzen reduziert, und zusätzlich sind Verarbeitungen zum Vebinden des Metallblocks und der Leitungsteile notwendig. Ferner kann bei der dritten Ausführungsform im Falle des Anwendens der Verbindung zwischen dem oberen Arm 300A und dem unteren Arm 300B, wie in 10 oder 11 dargestellt, das aufgrund der Toleranz variierte überschüssige Lot aufgenommen werden, wodurch die Zuverlässigkeit der gelöteten Verbindungen erhöht wird. Ferner wird im Falle des Anwendens der Verbindung zwischen dem oberen Arm 300A und dem unteren Arm 300B, wie in 10 oder 11 dargestellt, die Spannung aufgrund der elastischen Verformung des Leitungsteils 342 gelöst, wodurch die Lebensdauer der gelöteten Verbindungen erhöht wird.
  • 12 ist eine Abbildung zum genaueren Darstellen eines Beispiels einer Verbindung zwischen einem Halbleitermodul 4 und dem Steuersubstrat 90, wobei (A) eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls 4 darstellt, (B) eine perspektivische Ansicht eines Zustandes darstellt, bei welchem das Steuersubstrat 90 mit dem Halbleitermodul 4 verbunden ist, und (C) eine Seitenansicht aus Sicht einer parallelen Richtung zu dem Halbleitermodul 4 und dem Steuersubstrat 90 darstellt.
  • Das in 12 dargestellte Halbleitermodul 4 kann unter Verwendung des Halbleitermoduls 1 oder 2 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform ausgebildet werden. Wie in 12(B) und (C) dargestellt, ist das Halbleitermodul 4 derart vorgesehen, dass sich dieses rechtwinklig zu dem Steuersubstrat 90 befindet, wie dies bei dem Halbleitermodul 1 oder 2 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform (siehe 4 usw.) der Fall ist. Gemäß dem Halbleitermodul 4 erstrecken sich ein Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 und mehrere Signal-Leitungsteile 322 zu der Seite des Steuersubstrats 90. Das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 und die Signal-Leitungsteile 322 durchlaufen das Steuersubstrat 90 über ein Durchgangsloch in dem Steuersubstrat 90, um mit dem Steuersubstrat 90 verbunden zu sein, wie in 12(B) und (C). Es ist anzumerken, dass das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 durch Löten mit dem Steuersubstrat 90 verbunden sein kann, wie dies im Falle der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen der Fall ist, obwohl auf eine Darstellung daher verzichtet ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen offenbart. Jedoch ist erkennbar, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und Variationen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Beispielsweise ist gemäß den Ausführungsformen das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 mit dem Kollektor des IGBT verbunden; jedoch kann das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333, falls ein anderes Schaltelement verwendet wird, mit einem geeigneten Anschluss entsprechend verbunden werden, so dass die Eingangsspannung des Wechselrichters 103 erfasst werden kann. Falls das Schaltelement beispielsweise ein MOSFET ist, ist das dicke Teil 32 des Profil-Leiterrahmens 30 mit einem Abfluss bzw. Drain des MOSFET verbunden. In diesem Fall kann das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 der Abfluss des MOSFET sein.
  • Ferner wird gemäß den Ausführungsformen das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 als ein Spannungssensor zum Erfassen der Eingangsspannung (d. h., der erhöhten Spannung) des Wechselrichters 103, welche durch ein Booster-System (d. h., den DC-DC-Wandler 102) erhöht wurde, verwendet; jedoch kann auf den DC-DC-Wandler 102 verzichtet werden. In diesem Fall kann das Spannungs-Erfassungs-Leitungsteil 333 als ein Spannungssensor zum Erfassen der Eingangsspannung des Wechselrichters 103 verwendet werden, welche nicht erhöht wurde.
  • Ferner sind die Halbleitervorrichtungen 10 bei der dritten Ausführungsform insgesamt mit sechs Armen aus oberen Armen und unteren Armen konfiguriert, wobei jeder Arm eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase enthält. Die Anzahl der in dem Halbleitermodul 3 installierten Arme kann irgendeine Anzahl sein. Falls das Halbleitermodul 3 beispielsweise als ein Wechselrichter zum Antreiben zweier Motoren zum Antreiben eines Fahrzeuges ausgeführt ist, können die Halbleitervorrichtungen 10 die jeweiligen oberen und unteren Arme der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase für den ersten Motor, und die jeweiligen oberen und unteren Arme der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase für den zweiten Motor ausbilden. Ferner können für einen Arm mehrere Halbleitervorrichtungen 10 parallel installiert sein. In jedem Fall kann die Konfiguration bezüglich des Profil-Leiterrahmens 30 des Halbleitermoduls 1 oder 2 gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform für den oberen Arm verwendet werden.
  • Ferner kann das Halbleitermodul 1 eine weitere Konfiguration enthalten (beispielsweise Teile von Elementen eines DC-DC-Booster-Transformators zum Antreiben eines Motors zum Antreiben eines Fahrzeugs), und das Halbleitermodul 1 kann zusätzlich zu den Halbleitervorrichtungen 10 ein weiteres Element (Kondensator, Induktor, usw.) enthalten. Ferner ist das Halbleitermodul 1 nicht auf das Halbleitermodul beschränkt, welches den Wechselrichter bildet. Ferner kann das Halbleitermodul 1 als ein Wechselrichter implementiert sein, welcher für andere Anwendungen als Fahrzeug-Anwendungen (einen Zug, eine Klimaanlage, einen Fahrstuhl, einen Kühlschrank usw.) verwendet wird. Dies trifft ebenso auf die zweite oder dritte Ausführungsform zu.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-141053 [0003]

Claims (12)

  1. (Aktuell geändert) Leistungsmodul, aufweisend: eine Halbleitervorrichtung; ein Basisteil, welches aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, auf welchem die Halbleitervorrichtung montiert ist; ein Signal-Leitungsteil, welches aus dem gleichen Material wie das Basisteil ausgebildet ist, wobei das Signal-Leitungsteil mit der Halbleitervorrichtung elektrisch verbunden ist; und ein dünnes Platten-Leitungsteil, welches aus dem gleichen Material wie das Basisteil derart ausgebildet ist, dass dieses von dem Basisteil nahtlos ausgebildet ist und dünner als das Basisteil ist, wobei sich das dünne Platten-Leitungsteil bezüglich des Basisteils auf der gleichen Seite wie das Signal-Leitungsteil erstreckt; und ein Leistungs-Leitungsteil, welches aus dem gleichen Material wie das Basisteil derart ausgebildet ist, dass dieses von dem Basisteil nahtlos ausgebildet ist und dünner als das Basisteil ist, wobei das Leistungs-Leitungsteil einen vorbestimmten Anschluss der Halbleitervorrichtung mit einer Seite einer positiven Elektrode einer Leistungszuführung verbindet, wobei das dünne Platten-Leitungsteil mit einem vorbestimmten Anschluss der Halbleitervorrichtung mittels des Basisteils derart elektrisch verbunden ist, dass dieses einen Potential-Erfassungsanschluss zum Erfassen eines Potentials des vorbestimmten Anschlusses der Halbleitervorrichtung ausbildet.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das dünne Platten-Leitungsteil als ein Spannungssensor dient.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das dünne Platten-Leitungsteil breiter als das Signal-Leitungsteil ist.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Harzformabschnitt, welcher derart vorgesehen ist, dass dieser die Halbleitervorrichtung, das Basisteil, das dünne Platten-Leitungsteil mit Ausnahme eines Endes davon, und das Signal-Leitungsteil mit Ausnahme eines Endes davon bedeckt, wobei das Ende des dünnen Platten-Leitungsteils und das Ende des Signal-Leitungsteils von dem Harzformabschnitt freigelegt sind, und das Ende des dünnen Platten-Leitungsteils und das Ende des Signal-Leitungsteils mit einem Steuersubstrat zum Steuern des Leistungsmoduls verbunden sind.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 4, wobei das Ende des dünnen Platten-Leitungsteils mit dem Steuersubstrat verlötet ist.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein zweites dünnes Platten-Leitungsteil, welches aus dem gleichen Material wie das Basisteil derart ausgebildet ist, dass dieses integral mit dem Basisteil ausgebildet ist und dünner als das Basisteil ist, wobei sich das zweite dünne Platten-Leitungsteil nahtlos von dem Basisteil erstreckt, wobei sich das zweite dünne Platten-Leitungsteil derart erstreckt, dass sich das Signal-Leitungsteil zwischen dem zweiten dünnen Platten-Leitungsteil und dem dünnen Platten-Leitungsteil erstreckt, ein Ende des zweiten dünnen Platten-Leitungsteils von dem Harzformabschnitt freigelegt ist, und das Ende des zweiten dünnen Platten-Leitungsteils mit dem Steuersubstrat verlötet ist.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Halbleitervorrichtung ein IGBT ist und der vorbestimmte Anschluss ein Kollektoranschluss ist.
  8. (Aktuell geändert) Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das Ende des dünnen Platten-Leitungsteils und das Ende des Signal-Leitungsteils mit einem Steuersubstrat zum Steuern des Leistungsmoduls verlötet sind.
  9. Leistungsmodul nach Anspruch 8, wobei sich das Leistungs-Leitungsteil bezüglich des Basisteils auf der gleichen Seite wie das Signal-Leitungsteil erstreckt, ein Ende des Leistungs-Leitungsteils von dem Harzformabschnitt freigelegt ist, und das dünne Platten-Leitungsteil breiter als das Leistungs-Leitungsteil ist.
  10. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei außer dem Basisteil kein Wärmesenken-Teil vorliegt.
  11. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Basisteil, das dünne Platten-Leitungsteil und das Signal-Leitungsteil aus einem Profil-Leiterrahmen ausgebildet sind, wobei der Profil-Leiterrahmen einen dünnen Abschnitt und einen dicken Abschnitt besitzt, welche eine unterschiedliche Dicke aufweisen, wobei das Basisteil aus dem dicken Abschnitt ausgebildet ist und das dünne Platten-Leitungsteil und das Signal-Leitungsteil aus dem dünnen Abschnitt ausgebildet sind.
  12. Leistungsmodul nach Anspruch 1, welches ein erstes Arm-Teil und ein zweites Arm-Teil besitzt, wobei die Halbleitervorrichtung, das Basisteil, das Signal-Leitungsteil und das dünne Platten-Leitungsteil das erste Arm-Teil bilden, und das zweite Arm-Teil enthält: eine zweite Halbleitervorrichtung; ein zweites Basisteil, welches aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, auf welchem die zweite Halbleitervorrichtung montiert ist; und ein zweites dünnes Platten-Leitungsteil, welches aus dem gleichen Material wie das zweite Basisteil derart ausgebildet ist, dass dieses von dem zweiten Basisteil nahtlos ausgebildet ist und dünner als das zweite Basisteil ist, wobei das zweite dünne Platten-Leitungsteil des zweiten Arm-Teils ein Verbindungsteil enthält, welches sich mittels eines gebogenen Teils erstreckt oder ein darin ausgebildetes Loch enthält, wobei das Verbindungsteil mit der Halbleitervorrichtung des ersten Arm-Teils verlötet ist.
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