DE112013001823T5 - Leistungshalbleitermodul - Google Patents

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power semiconductor
emitting element
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c/o Hitachi Automotive Systems Higuma Masato
c/o Hitachi Automotive System Sagawa Toshifumi
c/o Hitachi Automotive Systems Shimura Takahiro
c/o Hitachi Automotive Systems Yoshinari Hideto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Abstract

Die Zuverlässigkeit von Leistungshalbleitermodulen, die sich durch ihre Kühlleistungsfähigkeit auszeichnen, soll verbessert werden. Um diese Aufgabe zu lösen, umfasst jedes Leistungshalbleitermodul einen dosenartigen Kühlkasten, der mit einem Tellerfederabschnitt, der eine Kompressionsbeanspruchung in der Halbleiterschaltungseinheit erzeugt, einem Einstellabschnitt, der deformiert ist, um die elastische Deformation des Tellerfederabschnitts einzustellen, und einem Seitenwandabschnitt, mit dem der Tellerfederabschnitt und der Einstellabschnitt verbunden sind, gebildet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungshalbleitermodule, die Gleichstromleistung in Wechselstrom umsetzen und umgekehrt.
  • Hintergrund
  • Unter den herkömmlichen Leistungsumsetzungsapparaten wie z. B. Wechselrichtern und Umsetzern gibt es einen Leistungsumsetzungsapparat, der Leistungshalbleitermodule, die jedes Leistungshalbleitervorrichtungen enthalten, und einen Kühler zum Kühlen der Leistungshalbleitermodule umfasst. In solchen Leistungshalbleitermodulen muss die Wärme, die in den Leistungshalbleitervorrichtungen während der Stromleitung erzeugt wird, über die Wärmeabgaberippen nach außen abgegeben werden und der Schlüsselpunkt hierbei ist der Strukturentwurf, um die Wärmeabgabeeigenschaften innerhalb eines Größenbegrenzung zu verbessern.
  • Zum Beispiel sind in einem in PTL 1 offenbarten Leistungsumsetzungsapparat Halbleitermodule und Kühlrohre abwechselnd gestapelt, um eine Einheit zu bilden. Die Stapeleinheit ist dann zwischen einer Halteplatte und einem Tellerfederelement von außen angeordnet, so dass die Kühlrohre mit den Halbleitermodulen in Kontakt gebracht sind. Durch die Verwendung der Halteplatte und des Tellerfederelements wird die Stapeleinheit jedoch groß und es ist schwierig, die Größe des Leistungsumsetzungsapparates zu verkleinern. Außerdem wird dies zu einer Zunahme der Kosten führen.
  • In einem Leistungsumsetzungsapparat, der in PTL 2 offenbart ist, ist eine Halbleiterschaltungseinheit einschließlich der Halbleitervorrichtung in einem zylinderförmigen Kasten untergebracht und die Halbleiterschaltungseinheit ist durch ein Isolierelement zum Sichern der elektrischen Isolierung mit der Innenwand (dem Wärmeabgabeelement) des Kastens verbunden. In dieser Struktur stehen die dünneren Abschnitte um die Wärmeabgabeelementfeder von der Halbleiterschaltungseinheit ab. Als eine Folge wird in der Halbleiterschaltungseinheit eine Zugbeanspruchung erzeugt und das Isolierelement könnte von der Innenwand des Kastens losgelöst werden. Das Loslösen des bindenden Abschnitts verschlechtert die Wärmeabgabeeigenschaften der Halbleitervorrichtungen und wird zu einem Schaden an den Leistungshalbleitern führen.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: JP 2007-166819 A
    • PTL 2: JP 2010-110143 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, ist, die Zuverlässigkeit von Leistungshalbleitermodulen zu verbessern, die sich durch ihre Kühlleistungsfähigkeit auszeichnen.
  • Lösung des Problems
  • Um diese Aufgabe zu lösen, umfasst ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Schaltungseinheit, die Leistungshalbleitervorrichtungen umfasst, und einen Kasten, der die Schaltungseinheit unterbringt. Das Kasten umfasst: eine erste Wärmeabgabeplatte; eine zweite Wärmeabgabeplatte, die der ersten Wärmeabgabeplatte zugewandt ist, wobei die Schaltungseinheit dazwischen angeordnet ist; einen ersten Zwischenverbindungsabschnitt, der mit der ersten Wärmeabgabeplatte verbunden ist und die erste Wärmeabgabeplatte umgibt; einen zweiten Zwischenverbindungsabschnitt, der mit der zweiten Wärmeabgabeplatte verbunden ist und die zweite Wärmeabgabeplatte umgibt, und einen Seitenwandabschnitt, der mit dem ersten Zwischenverbindungsabschnitt und dem zweiten Zwischenverbindungsabschnitt verbunden ist. Der erste Zwischenverbindungsabschnitt ist so entworfen, dass die erste Wärmeabgabeplatte eine erste Kompressionsbeanspruchung in die Richtung auf den Ort der Schaltungseinheit erzeugt, und die zweite Zwischenverbindungsplatte ist so entworfen, dass die zweite Wärmeabgabeplatte eine zweite Kompressionsbeanspruchung in die Richtung auf den Ort der Schaltungseinheit erzeugt. Die zweite Kompressionsbeanspruchung ist höher als die erste Kompressionsbeanspruchung. Die Schaltungseinheit ist einer Kompressionsbeanspruchung ausgesetzt, die durch einen Unterschied zwischen der zweiten Kompressionsbeanspruchung und der ersten Kompressionsbeanspruchung erzeugt wird. Mit dieser Struktur kann der Betrag der Rückfederung in die Richtung weg von der Schaltungseinheit verringert werden.
  • Außerdem sind in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung die Dicken des ersten Zwischenverbindungsabschnitts und des zweiten Zwischenverbindungsabschnitts kleiner als die entsprechenden Dicken der ersten Wärmeabgabeplatte, der zweiten Wärmeabgabeplatte und des Seitenwandabschnitts. Die Steifigkeiten des ersten Zwischenverbindungsabschnitts und des zweiten Zwischenverbindungsabschnitts sind niedriger als die entsprechenden Steifigkeiten der ersten Wärmeabgabeplatte, der zweiten Wärmeabgabeplatte und des Seitenwandabschnitts.
  • Ferner ist in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung, in dem der Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Wärmeabgabeabschnitt und dem ersten Zwischenverbindungsabschnitt als ein erster Verbindungsabschnitt definiert ist, der Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Zwischenverbindungsabschnitt und dem Seitenwandabschnitt als ein zweiter Verbindungsabschnitt definiert ist, der Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Wärmeabgabeabschnitt und dem zweiten Zwischenverbindungsabschnitt als ein dritter Verbindungsabschnitt definiert ist und der Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Zwischenverbindungsabschnitt und dem Seitenwandabschnitt als ein vierter Verbindungsabschnitt definiert ist, die Länge des zweiten Zwischenverbindungsabschnitts von dem dritten Verbindungsabschnitt zu dem vierten Verbindungsabschnitt größer als die Länge des ersten Zwischenverbindungsabschnitts von dem ersten Verbindungsabschnitt zu dem zweiten Verbindungsabschnitt.
  • Außerdem besitzt in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung der zweite Zwischenverbindungsabschnitt einen gekrümmten Abschnitt.
  • Außerdem hat die zweite Wärmeabgabeplatte in dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung einen kleineren vorspringenden Abschnitt als der vorspringende Abschnitt der ersten Wärmeabgabeplatte, wenn er von einer Richtung senkrecht zu der zugewandten Oberfläche der ersten Wärmeabgabeplatte, die der Schaltungseinheit zugewandt ist, hervorragt.
  • Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung kann die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitermodule verbessern, die sich durch ihre Kühlleistungsfähigkeit auszeichnen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Systemübersicht, die das System eines Hybridelektrofahrzeugs zeigt.
  • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration der elektrischen Schaltung zeigt, die in 1 gezeigt ist.
  • 3 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsumsetzungsapparates 200 als einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine perspektivische Außenansicht des Leistungsumsetzungsapparates 200 als einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Situation zeigt, in der ein Deckel 8, eine Gleichstromschnittstelle 137 und eine Wechselstromschnittstelle 185 von dem Leistungsumsetzungsapparat 200, der in 4 gezeigt ist, losgelöst sind.
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Situation zeigt, in der ein Gehäuse 10 von einer einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 losgelöst ist, die in 5 gezeigt ist.
  • 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Leistungsumsetzungsapparats 200.
  • 8 ist eine perspektivische Außensicht der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12, die die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W, ein Kondensatormodul 500 und eine Sammelschienenanordnung 800 darin angeordnet hat.
  • 9 zeigt eine Situation, in der die Sammelschienenanordnung 800 von der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 losgelöst ist.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12.
  • 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12, von der Seite der unteren Oberfläche gesehen.
  • 12(a) ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 300U dieser Ausführungsform. 12(b) ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls 300U dieser Ausführungsform, entlang der Abschnittsebene D genommen und aus der Richtung E gesehen.
  • 13(a) ist eine perspektivische Ansicht und 13(b) ist eine Querschnittsansicht, die wie in 12(b) entlang der Abschnittsebene D genommen ist und aus der Richtung E gesehen wird. 13(c) ist ein Diagramm, um den Prozess des Einfügens einer versiegelten Einheit 203 eines Primärmoduls zu erklären.
  • 14(a) ist eine perspektivische Ansicht und 14(b) ist eine Querschnittsansicht, die wie in den 12(b) und 13(b) entlang der Abschnittsebene D genommen ist und aus der Richtung E gesehen wird.
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 300U, von dem ein erstes Versiegelungsharz 348 und ein Verdrahtungsisolierabschnitt 608, die in 14 gezeigt sind, entfernt sind.
  • 16 ist ein Diagramm, um den Prozess des Zusammenbaus der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls zu erklären.
  • 17 ist eine perspektivische Außenansicht des Kondensatormoduls 500.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht der Sammelschienenanordnung 800.
  • 19 ist ein Diagramm, das die Strömungskanal bildende Einheit 12 zeigt, die die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W in den Öffnungen 402a bis 402c gesichert hat und das Kondensatormodul 500 in dem Gehäuseraum 405 untergebracht hat.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls 300U, entlang der E-E-Abschnittsebene genommen und aus der Richtung, die durch die Pfeile in 12(a) angezeigt wird, gesehen.
  • 21 zeigt einen Graph der Beträge der Rückfederung, die gemessen wird, wenn ein erstes Verbindungselement 304A (ein Einstellabschnitt) und ein zweites Verbindungselement 304C (ein Tellerfederabschnitt) gleichmäßig verlagert wären.
  • 22 ist ein Diagramm, um ein Verfahren zum Einstellen einer Tellerfederkraft zu erklären.
  • 23 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 1) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind.
  • 24 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 2) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind.
  • 25 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 3) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind.
  • 26 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 4) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind.
  • 27 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 5) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind.
  • 28 ist ein Diagramm, um den Prozess des Pressverbindens bei Unterdruckerwärmung zu erklären.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Das Folgende ist eine Beschreibung der Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen. Ein Leistungsumsetzungsapparat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in einem Hybridelektrofahrzeug oder in einem herkömmlichen Elektrofahrzeug verwendet werden. Nun bezugnehmend auf die 1 und 2 werden die Steuerkonfiguration eines Leistungsumsetzungsapparats gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf ein Hybridfahrzeug angewendet wird, und die Schaltungskonfiguration des Leistungsumsetzungsapparats als ein typisches Beispiel eines Leistungsumsetzungsapparats beschrieben.
  • 1 ist ein Diagramm, das die Steuerblöcke eines Hybridelektrofahrzeugs (nachstehend als „HEV” bezeichnet) zeigt. Eine Kraftmaschine EGN und ein Motorgenerator MG1 erzeugen ein Fahrdrehmoment des Fahrzeugs. Der Motorgenerator MG1 hat nicht nur die Funktion, ein Drehmoment zu erzeugen, sondern auch mechanische Energie, die auf den Motorgenerator MG1 von außen angewendet wird, in elektrische Leistung umzusetzen.
  • Der Motorgenerator MG1 ist zum Beispiel eine Synchronmaschine oder eine Induktionsmaschine und arbeitet abhängig von dem Antriebsverfahren wie oben beschrieben als ein Motor oder als ein Generator. In einem Fall, in dem der Motorgenerator MG1 auf dem Fahrzeug befestigt ist, wird es bevorzugt, mit einer kleinen Struktur eine hohe Ausgangsleistung zu erreichen. Ein Permanentmagnetsynchronmotor, der aus Neodym oder ähnlichem hergestellte Magnete verwendet, ist geeignet. Ein Permanentmagnetsynchronmotor erzeugt mit seinen Rotoren weniger Wärme als ein Induktionsmotor und zeichnet sich auch in dieser Hinsicht als ein Motor für Fahrzeuge aus.
  • Ein Ausgangsdrehmoment von der Ausgangsseite der Kraftmaschine EGN wird durch einen Leistungsübertragungsmechanismus TSM an den Motorgenerator MG1 übertragen und ein Drehmoment von dem Leistungsübertragungsmechanismus TSM oder ein Drehmoment, das durch den Motorgenerator MG1 erzeugt wird, wird über ein Getriebe TM und einen Differenzialgetriebemechanismus DEF an die Räder übertragen. Inzwischen wird dann, wenn ein regeneratives Bremsen durchgeführt wird, ein Drehmoment von den Rädern an den Motorgenerator MG1 übertragen und Wechselstromleistung wird auf der Grundlage des zugeführten Drehmoments erzeugt. Die erzeugte Wechselstromleistung wird durch einen Leistungsumsetzungsapparat 200 wie oben beschrieben in Gleichstromleistung umgesetzt, um eine Hochspannungsbatterie 136 zu laden. Die geladene elektrische Leistung wird wieder als Laufenergie verwendet.
  • Als nächstes wird der Leistungsumsetzungsapparat 200 beschrieben. Eine Wechselrichterschaltung 140 ist über einen Gleichstromverbinder 138 mit der Batterie 136 elektrisch verbunden und die elektrische Leistung wird zwischen der Batterie 136 und der Wechselrichterschaltung 140 ausgetauscht. In einem Fall, in dem der Motorgenerator MG1 als ein Motor betrieben wird, erzeugt die Wechselrichterschaltung 140 auf der Grundlage der Wechselstromleistung, die über den Gleichstromverbinder 138 von der Batterie 136 zugeführt wird, Wechselstromleistung und führt die Wechselstromleistung über einen Wechselstromanschluss 188 an den Motorgenerator MG1. Die Struktur, die mit dem Motorgenerator MG1 und der Wechselrichterschaltung 140 gebildet ist, arbeitet als eine erste Motorgeneratoreinheit.
  • In dieser Ausführungsform wird die erste Motorgeneratoreinheit durch die elektrische Leistung der Batterie 136 als eine Motoreinheit betrieben, so dass die Räder nur durch die Leistung des Motorgenerators MG1 angetrieben werden können. Außerdem wird in dieser Ausführungsform die erste Motorgeneratoreinheit durch die Leistung der Kraftmaschine 120 oder die Leistung von den Rädern als eine Generatoreinheit betrieben und wird veranlasst, elektrische Leistung zu erzeugen, so dass die Batterie 136 geladen werden kann.
  • Obwohl es in 1 nicht gezeigt ist, wird die Batterie 136 auch als die Leistungsquelle verwendet, um den Motor für eine Hilfsmaschine anzutreiben. Der Hilfsmaschinenmotor kann zum Beispiel der Motor für das Antreiben des Kompressors einer Klimaanlage oder der Motor für das Antreiben einer hydraulischen Steuerpumpe sein. Gleichstromleistung wird von der Batterie 136 einem Hilfsmaschinenleistungshalbleitermodul zugeführt und das Hilfsmaschinenleistungshalbleitermodul erzeugt Wechselstromleistung und führt die Wechselstromleistung dem Hilfsmaschinenmotor zu. Das Hilfsmaschinenleistungshalbleitermodul hat im Grunde die gleiche Konfiguration und die gleiche Funktion wie die der Wechselrichterschaltung 140 und steuert die Phase und die Frequenz des Wechselstroms und die elektrische Leistung, die dem Hilfsmaschinenmotor zugeführt wird. Der Leistungsumsetzungsapparat 200 umfasst ein Kondensatormodul 500, um die Gleichstromleistung, die der Wechselrichterschaltung 140 zugeführt wird, zu glätten.
  • Der Leistungsumsetzungsapparat 200 umfasst einen Verbinder 21 für Nachrichten, um einen Befehl von einem Hoststeuerapparat zu empfangen, oder Daten, die einen Zustand anzeigen, an den Hoststeuerapparat zu übertragen. Der Leistungsumsetzungsapparat 200 berechnet in einer Steuerschaltung 172 auf der Grundlage eines Befehls, der Eingabe durch den Verbinder 21 ist, die Menge der Steuerung auf den Motorgenerator MG1, bestimmt, ob der Motorgenerator MG1 als ein Motor arbeitet und ob der Motorgenerator MG1 als ein Generator arbeitet, erzeugt auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung einen Steuerimpuls und führt den Steuerimpuls einer Ansteuerschaltung 174 zu. Auf der Grundlage des zugeführten Steuerimpulses erzeugt die Ansteuerschaltung 174 einen Ansteuerimpuls zum Steuern der Wechselrichterschaltung 140.
  • Nun bezugnehmend auf 2 wird die Konfiguration der elektrischen Schaltung der Wechselrichterschaltung 140 beschrieben. In der Beschreibung unten werden Bipolartransistoren mit isoliertem Gate als Halbleitervorrichtung verwendet und werden einfach als „IGBTs” geschrieben. IGBTs 328 und Dioden 156, die als obere Zweige dienen, und IGBTs 330 und Dioden 166, die als untere Zweige dienen, bilden Reihenschaltungen 150 von oberen und unteren Zweigen. Die Wechselrichterschaltung 140 umfasst die Reihenschaltungen 150, die den drei Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase der Wechselstromleistung, die Ausgabe sein soll, entsprechen.
  • Diese drei Phasen entsprechen den jeweiligen Phasenwicklungen der drei Phasen der Ankerwicklungen des Motorgenerators MG1 dieser Ausführungsform. Die Reihenschaltung 150 der oberen und unteren Zweige jeder der drei Phasen gibt Wechselstrom von einer Zwischenelektrode 169 aus, die der Mittelpunktsabschnitt der Reihenschaltung ist. Diese Zwischenelektrode 169 ist durch einen Wechselstromanschluss 159 und einen Wechselstromanschluss 188 mit den Wechselstromsammelschienen 802 und 804 verbunden. Die später beschriebenen Wechselstromsammelschienen sind Wechselstromleistungsleitungen, die zu dem Motorgenerator MG1 führen.
  • Die Kollektor-Elektroden 153 der IGBTs 328 der oberen Zweige sind über positive Anschlüsse 157 mit einem Kondensatoranschluss 506 auf der positiven Seite des Kondensatormoduls 500 elektrisch verbunden. Die Emitter-Elektroden der IGBTs 330 der unteren Zweige sind über negative Anschlüsse 158 mit den Kondensatoranschlüssen 504 auf der negativen Seite des Kondensatormoduls 500 elektrisch verbunden.
  • Wie oben beschrieben, empfängt die Steuerschaltung 172 über den Verbinder 21 einen Steuerbefehl von dem Hoststeuerapparat und erzeugt auf der Grundlage des Steuerbefehls einen Steuerimpuls als ein Steuersignal, um die IGBTs 328 und die IGBTs 300, die die unteren Zweige und die oberen Zweige der jeweiligen Phasenreihenschaltungen 150 bilden, die die Wechselrichterschaltung 140 ausmachen, zu steuern. Der Steuerimpuls wird dann der Ansteuerschaltung 174 zugeführt.
  • Auf der Grundlage des Steuerimpulses führt die Ansteuerschaltung 174 einen Ansteuerimpuls an die IGBTs 328 und die IGBTs 330 der jeweiligen Phasen zu, um die IGBTs 328 und die IGBTs 300, die die unteren Zweige und die oberen Zweige der Reihenschaltungen 150 der jeweiligen Phasen bilden, zu steuern. Auf der Grundlage des Ansteuerimpulses von der Ansteuerschaltung 174 führen die IGBTs 328 und die IGBTs 330 Vorgänge des Leitens oder des Unterbrechens durch, um die Gleichstromleistung, die von der Batterie 136 zugeführt wird, in die dreiphasige Wechselstromleistung umzusetzen. Die umgesetzte elektrische Leistung wird dem Motorgenerator MG1 zugeführt.
  • Die IGBTs 328 umfassen jeder die Kollektor-Elektrode 153, eine Emitter-Elektrode 155 für Signale und eine Gate-Elektrode 154. Die IGBTs 330 umfassen jeder eine Kollektor-Elektrode 163, eine Emitter-Elektrode 165 für Signale und eine Gate-Elektrode 164. Eine Diode 156 ist zwischen jede Kollektor-Elektrode 153 und jede entsprechende Emitter-Elektrode 155 elektrisch geschaltet. Ebenso ist eine Diode 166 zwischen jede Kollektor-Elektrode 163 und jede entsprechende Emitter-Elektrode 165 elektrisch geschaltet.
  • Als die Leistungshalbleitervorrichtungen für das Schalten können Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (nachstehend einfach als „MOSFETs” geschrieben) verwendet werden. In diesem Fall sind die Dioden 156 und die Dioden 166 nicht notwendig. Als die Leistungshalbleitervorrichtungen für das Schalten sind IGBTs geeignet, wenn die Gleichstromspannung vergleichsweise hoch ist, und MOSFETs sind geeignet, wenn die Gleichstromspannung vergleichsweise niedrig ist.
  • Das Kondensatormodul 500 umfasst den Kondensatoranschluss 506 auf der positiven Seite, den Kondensatoranschluss 504 auf der negativen Seite, einen Zuführanschluss 509 auf der positiven Seite und einen Zuführanschluss 508 auf der negativen Seite. Hochspannungs-Gleichstromleistung wird von der Batterie 136 über den Gleichstromverbinder 138 dem Zuführanschluss 509 auf der positiven Seite und dem Zuführanschluss 508 auf der negativen Seite zugeführt und dann von dem Kondensatoranschluss 506 auf der positiven Seite und dem Kondensatoranschluss 504 auf der negativen Seite des Kondensatormoduls 500 der Wechselrichterschaltung 140 zugeführt.
  • Auf der anderen Seite wird die Gleichstromleistung, die von der Wechselstromleistung durch die Wechselrichterschaltung 140 umgesetzt wird, von dem Kondensatoranschluss 506 auf der positiven Seite und dem Kondensatoranschluss 504 auf der negativen Seite dem Kondensatormodul 500 zugeführt. Die Gleichstromleistung wird dann von dem Zuführanschluss 509 auf der positiven Seite und dem Zuführanschluss 508 auf der negativen Seite über den Gleichstromverbinder 138 der Batterie 136 zugeführt und wird in der Batterie 136 akkumuliert.
  • Die Steuerschaltung 172 umfasst einen Mikrocomputer, um die Zeitvorgaben des Schaltens der IGBTs 328 und der IGBTs 330 zu berechnen. Informationen, die Eingabe für den Mikrocomputer sind, umfassen den Wert des Zieldrehmoment, der für den Motorgenerator MG1 erforderlich ist, den Wert des Stroms, der von den Reihenschaltungen 150 dem Motorgenerator MG1 zuzuführen ist, und die Position des magnetischen Pols des Rotors des Motorgenerators MG1.
  • Der Wert des Zieldrehmoments beruht auf einem Befehlssignal, das Ausgabe von dem Hoststeuerapparat (nicht gezeigt) ist. Der Wert des Stroms wird auf der Grundlage eines Signals detektiert, das durch einen Stromsensor 180 detektiert wird. Die Position des magnetischen Pols wird auf der Grundlage eines Detektionssignals detektiert, das eine Ausgabe von einem Drehsensor (nicht gezeigt) des magnetischen Pols ist wie z. B. einem Drehmelder, der in dem Motorgenerator MG1 vorgesehen ist. Obwohl der Stromsensor 180 den Wert eines dreiphasigen Stroms in dieser Ausführungsform detektiert, kann der Wert eines zweiphasigen Stroms detektiert werden und ein dreiphasiger Strom kann durch eine Berechnung bestimmt werden.
  • Der Mikrocomputer in der Steuerschaltung 127 berechnet auf der Grundlage des Werts des Zieldrehmoments die Strombefehlswerte der d-Achse und der q-Achse des Motorgenerators MG1, berechnet auf der Grundlage der berechneten Strombefehlswerte der d-Achse und der q-Achse und des Unterschieds zwischen den detektierten Stromwerten der d-Achse und der q-Achse die Spannungsbefehlswerte der d-Achse und der q-Achse, setzt auf der Grundlage der detektierten Positionen des magnetischen Pols die berechneten Spannungsbefehlswerte der d-Achse und der q-Achse in Spannungswerte der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase um. Der Mikrocomputer erzeugt dann auf der Grundlage der Spannungsbefehlswerte der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase impulsähnliche Modulationswellen in Übereinstimmung mit einem Vergleich zwischen den grundlegenden Wellen (Sinuswellen) und den Trägerwellen (Dreieckwellen) und gibt die erzeugten Modulationswellen als PWM-Signale (Pulsbreitenmodulations-Signale) an die Ansteuerschaltung 174 aus.
  • Die Ansteuerschaltung 174 gibt dann, wenn sie die unteren Zweige ansteuert, Antriebssignale, die durch Verstärken der PWM-Signale erzeugt werden, an die Gate-Elektroden der IGBTs 330 der unteren Zweige aus. Die Ansteuerschaltung 174 verstärkt dann, wenn sie die oberen Zweige ansteuert, die PWM-Signale, nachdem sie den Pegel der Bezugsspannung der PWM-Signale auf den Pegel der Bezugsspannung der oberen Zweige verschoben hat, und gibt die verstärkten PWM-Signale als Antriebssignale an die Gate-Elektroden des IGBTs 328 des oberen Zweigs aus.
  • Der Mikrocomputer in der Steuerschaltung 172 erfasst auch Fehler (wie z. B. Überstrom, Überspannung und Übertemperatur), um die Reihenschaltungen 150 zu schützen. Deshalb sind die Erfassungsinformationen Eingabe an die Steuerschaltung 172. Zum Beispiel sind Informationen über den Strom, der in den jeweiligen Emitter-Elektroden der IGBTs 328 und der IGBTs 330 fließt, Eingabe an die entsprechenden Antriebseinheiten (ICs) von den Emitter-Elektroden 155 für die Signale und den Emitter-Elektroden 165 für die Signale der jeweiligen Zweige. Als eine Folge führt jede der Antriebseinheiten (ICs) das Erfassen eines Überstroms durch. Jede der Antriebseinheiten (ICs) hält dann, wenn sie einen Überstrom erfasst, den Schaltvorgang des Entsprechenden von dem IGBT 328 und dem IGBT 330 an und schützt den Entsprechenden von dem IGBT 328 und dem IGBT 330 vor dem Überstrom.
  • Informationen über die Temperatur der Reihenschaltungen 150 sind Eingabe von den Temperatursensoren (nicht gezeigt), die in den Reihenschaltungen 150 vorgesehen sind, an den Mikrocomputer. Informationen über die Spannungen auf den positiven Gleichstromseiten der Reihenschaltungen 150 sind auch Eingabe an den Mikrocomputer. Der Mikrocomputer führt das Erfassen der Übertemperatur und das Erfassen der Überspannung auf der Grundlage der Informationen durch und hält die Schaltvorgänge von allen IGBTs 328 und IGBTs 330 an, wenn er eine Übertemperatur oder eine Überspannung erfasst.
  • 3 und 4 sind perspektivische Außenansichten des Leistungsumsetzungsapparats 200 als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 stellt eine Situation dar, in der ein Wechselstromverbinder 187 und der Gleichstromverbinder 138 entfernt sind. Da der Leistungsumsetzungsapparat 200 dieser Ausführungsform ein rechteckiges Parallelepiped ist, das im Wesentlichen eine ebene Gestalt eines Quadrats hat, kann er kleiner hergestellt werden und einfach auf einem Fahrzeug befestigt werden. Bezugsziffer 8 bezeichnet einen Deckel, Bezugsziffer 10 bezeichnet ein Gehäuse, Bezugsziffer 12 bezeichnet eine einen Strömungskanal bildende Einheit, Bezugszeichen 13 bezeichnet ein Einlassrohr für ein Kühlmedium, Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Auslassrohr und Bezugszeichen 420 bezeichnet eine Bodenabdeckung. Der Verbinder 21 ist ein Signalverbinder, der für eine Verbindung nach außen vorgesehen ist.
  • Der Deckel 8 ist an dem oberen Öffnungsabschnitt des Gehäuses 10 gesichert, in dem die Schaltungskomponenten, die den Leistungsumsetzungsapparat 200 ausmachen, untergebracht sind. Die einen Strömungskanal bildende Einheit 12, die an dem unteren Abschnitt des Gehäuses 10 gesichert ist, hält die später beschriebenen Leistungshalbleitermodule 300 und das Kondensatormodul 500 und kühlt diese Module mit einem Kühlmedium. Das Kühlmedium ist in vielen Fällen Wasser und wird nachstehend als ein Kältemittel beschrieben werden. Das Einlassrohr 13 und das Auslassrohr 14 sind auf einer Seitenoberfläche der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 angeordnet und das Kältemittel, das durch das Einlassrohr 13 zugeführt wird, strömt in einen später beschriebenen Strömungskanal 19 in der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 und wird durch das Auslassrohr 14 abgelassen. Es sollte bemerkt werden, dass Änderungen der Einlass- und Auslassrichtungen des Kältemittels die Effizienz der Kühlung und den Druckverlust nicht stark beeinflussen. Das heißt, wenn das Kältemittel durch das Auslassrohr 14 einströmt und durch das Einlassrohr 13 ausströmt, ändert sich die Effizienz der Kühlung und der Druckverlust kaum. Da die Positionen des Einlassrohrs 13 und des Auslassrohrs 14 symmetrisch zu dem mittleren Abschnitt des Leistungsumsetzungsapparats 200 sind, hat der Leistungsumsetzungsapparat 200 gemäß dieser Ausführungsform den Vorteil, dass er die Anordnung in Übereinstimmung mit dem Entwurf der Verdrahtungen des Kältemittelrohrs des Fahrzeugs ändern kann.
  • Eine Wechselstromschnittstelle 185, an die der Wechselstromverbinder 187 angebracht ist, und eine Gleichstromschnittstelle 137, an die der Gleichstromverbinder 138 angebracht ist, sind auf den Seitenflächen des Gehäuses 10 angeordnet. Die Wechselstromschnittstelle 185 ist auf der Seitenfläche angeordnet, auf der die Rohre 13 und 14 angeordnet sind, und die Wechselstromverdrahtungen 187a des Wechselstromverbinders 187, die an der Wechselstromschnittstelle 185 angebracht sind, erstrecken sich zwischen den Rohren 13 und 14 nach unten. Die Gleichstromschnittstelle 137 ist auf einer Seitenfläche neben der Seitenfläche, auf der die Wechselstromschnittstelle 185 angeordnet ist, angeordnet und die Gleichstromverdrahtungen 135J des Gleichstromverbinders 138, die an der Gleichstromschnittstelle 137 angebracht sind, erstrecken sich in Bezug auf den Leistungsumsetzungsapparat 200 nach unten.
  • Da die Wechselstromschnittstelle 185 und die Rohre 13 und 14 auf der gleichen Seitenfläche 12d angeordnet sind und sich die Wechselstromverdrahtungen 187a nach unten erstrecken, um wie oben beschrieben zwischen den Rohren 13 und 14 durchzugehen, kann der Raum, der durch die Rohre 13 und 14, den Wechselstromverbinder 187 und die Wechselstromverdrahtungen 187a eingenommen wird, kleiner gemacht werden und eine Zunahme der Größe des gesamten Apparats kann verringert werden. Zudem wird, da sich die Wechselstromverdrahtungen 187a in Bezug auf die Röhren 13 und 14 nach unten erstrecken, die Handhabung der Wechselstromverdrahtungen 187a leichter und die Produktivität wird größer. 5 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem der Deckel 8, die Gleichstromschnittstelle 137 und die Wechselstromschnittstelle 185 von dem Leistungsumsetzungsapparat 200, der in 4 gezeigt ist, losgelöst sind. Eine Öffnung 10a, an der die Wechselstromschnittstelle 185 gesichert sein soll, ist in einer Seitenfläche des Gehäuses 10 gebildet und eine Öffnung 10b, an der die Gleichstromschnittstelle 137 gesichert sein soll, ist in einer benachbarten anderen Seitenfläche gebildet. Drei Wechselstromsammelschienen 802, die eine Wechselstromsammelschiene 802U der U-Phase, eine Wechselstromsammelschiene 802V der V-Phase und eine Wechselstromsammelschiene 802W der W-Phase sind, stehen durch die Öffnung 10a hervor und Zuführanschlüsse 508 und 509 der Gleichstromseite stehen durch die Öffnung 10b hervor. 6 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem das Gehäuse 10 von der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12, die in 5 gezeigt ist, losgelöst ist. Das Gehäuse 10 hat zwei Aufnahmeräume, die durch eine Trennwand 10c wie ein oberer Gehäuseraum und ein unterer Gehäuseraum getrennt sind. Eine Steuerschaltungsplatte 20, an der der Verbinder 21 gesichert ist, ist in dem oberen Gehäuseraum untergebracht und eine Ansteuerschaltungsplatte 22 und eine später beschriebene Sammelschienenanordnung sind in dem unteren Gehäuseraum untergebracht. Die Steuerschaltung 172, die in 2 gezeigt ist, ist auf der Steuerschaltungsplatte 20 befestigt und die Ansteuerschaltungsplatte 174 ist auf der Ansteuerschaltungsplatte 22 befestigt. Die Steuerschaltungsplatte 20 und die Ansteuerschaltungsplatte 22 sind durch ein flaches Kabel (in der Zeichnung nicht gezeigt, aber später mit Bezug auf 7 beschrieben) verbunden und das flache Kabel erstreckt sich von dem unteren Gehäuseraum zu dem oberen Gehäuseraum, während es durch eine schlitzartige Öffnung 10d geht, die in der Trennwand 10c gebildet ist. 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Leistungsumsetzungsapparats 200. In dem Deckel 8 oder in dem oberen Gehäuseraum des Gehäuses 10 ist die Steuerschaltungsplatte 20, die wie oben beschrieben die Steuerschaltung 172 darauf befestigt hat, angeordnet. Eine Öffnung 5J für den Verbinder 21 ist in dem Deckel 8 gebildet. Niedrigspannungs-Gleichstromleistung zum Betreiben der Steuerschaltung in dem Leistungsumsetzungsapparat 200 wird durch den Verbinder 21 zugeführt.
  • Wie später ausführlich beschrieben werden wird, ist ein Strömungskanal, in den das Kältemittel durch das Einlassrohr 13 einströmt, in der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 gebildet. Der Strömungskanal ist ein U-förmiger Strömungskanal, der sich entlang der drei Seitenflächen der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 erstreckt. Das Kältemittel, das durch das Einlassrohr 13 einströmt, strömt von einem Ende des U-förmigen Strömungskanals in den Strömungskanal und strömt durch das Auslassrohr 14, das mit dem anderen Ende des Strömungskanals verbunden ist, aus, nachdem es durch den Strömungskanal geströmt ist.
  • Drei Öffnungen 402a bis 402c sind in der oberen Fläche des Strömungskanals gebildet und Leistungshalbleitermodule 300U, 300V und 300W, die die Reihenschaltungen 150 (siehe 1) enthalten, sind durch die Öffnungen 402a bis 402C in den Strömungskanal eingefügt. Die Reihenschaltung 150 der U-Phase ist in dem Leistungshalbleitermodul 300U enthalten, die Reihenschaltung 150 der V-Phase ist in dem Leistungshalbleitermodul 300V enthalten und die Reihenschaltung 150 der W-Phase ist in dem Leistungshalbleitermodul 300W enthalten. Diese Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W haben die gleiche Struktur und auch ihre äußeren Formen sind die gleiche. Die Öffnungen 402a bis 402c sind mit den Flanschabschnitten der eingefügten Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W gefüllt.
  • In der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 ist ein Gehäuseraum 405 zum Unterbringen der elektrischen Komponenten gebildet, um durch den U-förmigen Strömungskanal umgeben zu sein. In dieser Ausführungsform ist das Kondensatormodul 500 in diesem Gehäuseraum 405 untergebracht. Das Kondensatormodul 500, das in dem Gehäuseraum 405 untergebracht ist, wird durch das Kältemittel gekühlt, das in dem Strömungskanal strömt. Die Sammelschienenanordnung 800, die die Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W darauf befestigt hat, ist auf dem Kondensatormodul 500 angeordnet. Die Sammelschienenanordnung 800 ist an der oberen Fläche der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 gesichert. Der Stromsensor 180 ist an der Sammelschienenanordnung 800 gesichert.
  • Die Ansteuerschaltungsplatte 22 ist an einem Stützelement 807a, das in der Sammelschienenanordnung 800 vorgesehen ist, gesichert und auf der Sammelschienenanordnung 800 angeordnet. Wie oben beschrieben, sind die Steuerschaltungsplatte 20 und die Ansteuerschaltungsplatte 22 durch ein flaches Kabel 23 verbunden. Das flache Kabel 23 erstreckt sich von dem unteren Gehäuseraum zu dem oberen Gehäuseraum, wobei es durch die schlitzähnliche Öffnung 10d geht, die in der Trennwand 10c gebildet ist.
  • Wie oben beschrieben, sind die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W, die Ansteuerschaltungsplatte 22 und die Steuerschaltungsplatte 20 in der vertikalen Richtung hierarchisch angeordnet und die Steuerschaltungsplatte 20 ist am weitesten weg von den Leistungshalbleitermodulen 300U bis 300W eines Starkstromsystems angeordnet. Dementsprechend kann das Ableiten des Schaltrauschens und ähnlichem in die Seite der Steuerschaltungsplatte 20 verringert werden. Außerdem sind die Ansteuerschaltungsplatte 22 und die Steuerschaltungsplatte 20 in unterschiedlichen Gehäuseräumen angeordnet, die durch die Trennwand 10c getrennt sind. Dementsprechend dient die Trennwand 10c als eine elektromagnetische Abschirmung und das Ableiten des Rauschens von der Ansteuerschaltungsplatte 22 in die Steuerschaltungsplatte 20 kann verringert werden. Das Gehäuse 10 ist aus einem metallischen Material wie z. B. Aluminium hergestellt.
  • Außerdem wird, da die Steuerschaltungsplatte 20 an der Trennwand 10c gesichert ist, die einteilig mit dem Gehäuse 10 gebildet ist, die mechanische Resonanzfrequenz der Steuerschaltungsplatte 20 in Bezug auf Vibration von außen höher. Dementsprechend ist der Einfluss der Vibration von dem Fahrzeug klein und die Zuverlässigkeit ist vergrößert.
  • In der Beschreibung unten werden die einen Strömungskanal bildende Einheit 12 und die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W, das Kondensatormodul 500 und die Sammelschienenanordnung 800, die an der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 gesichert ist, ausführlicher beschrieben. 8 ist eine perspektivische Außenansicht der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12, die die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W, das Kondensatormodul 500 und die Sammelschienenanordnung 800 darin angeordnet hat. 9 zeigt einen Zustand, in dem die Sammelschienenanordnung 800 von der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 losgelöst ist. Die Sammelschienenanordnung 800 ist an die einen Strömungskanal bildende Einheit 12 geschraubt.
  • Zunächst bezugnehmend auf 10 und 25, wird die einen Strömungskanal bildende Einheit 12 beschrieben. 10 ist eine perspektivische Ansicht der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12. 11 ist eine perspektivische Explosionsansicht der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12, von der Seite der unteren Oberfläche gesehen. Wie in 10 gezeigt, ist die einen Strömungskanal bildende Einheit 12 ein rechteckiges Parallelepiped, das im Wesentlichen eine ebene Gestalt eines Quadrats hat, und das Einlassrohr 13 und das Auslassrohr 14 sind auf der Seitenfläche 12d gebildet. In der Seitenfläche 12d sind die Abschnitte, die die Rohre 13 und 14 darauf gebildet haben, entworfen, stufenähnliche Abschnitte zu sein. Wie in 11 gezeigt, ist der Strömungskanal 19 ein U-förmiger Kanal, der sich entlang der anderen drei Seitenflächen 12a bis 12c erstreckt. In der unteren Fläche der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 ist eine U-förmige durchgehende Öffnung 404 gebildet, die fast die gleiche Form hat wie die Form des Strömungskanals 19 in dem querverlaufenden Abschnitt. Diese Öffnung 404 ist mit der U-förmigen Bodenabdeckung 420 abgedeckt. Ein Abdichtungselement 409a ist zwischen der Bodenabdeckung 420 und der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 vorgesehen, um die Luftdichtigkeit beizubehalten.
  • Der U-förmige Strömungskanal 19 wird in Übereinstimmung mit den Strömungsrichtungen des Kältemittels in drei Strömungskanalbereiche 19a, 19b und 19c unterteilt. Wie später ausführlich beschrieben werden wird, ist der erste Strömungskanalbereich 19a entlang der Seitenfläche 12a gebildet, die in einer Position angeordnet ist, die der Seitenfläche zugewandt ist, die die Rohre 13 und 14 darauf gebildet hat. Der zweite Strömungskanalbereich 19b ist entlang der Seitenfläche 12b gebildet, die neben einer Seite der Seitenfläche 12a liegt. Der dritte Strömungskanalbereich 19c ist entlang der Seitenfläche 12c gebildet, die neben der anderen Seite der Seitenfläche 12a liegt. Das Kältemittel strömt durch das Einlassrohr 13 in den Strömungskanalbereich 19b, strömt durch den Strömungskanalbereich 19b, den Strömungskanalbereich 19a und den Strömungskanalbereich 19c in dieser Reihenfolge, wie sie durch einen Pfeil mit einer gestrichelten Linie angezeigt ist, und strömt durch das Auslassrohr 14 aus.
  • Wie in 10 gezeigt, ist in der oberen Fläche der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 die rechteckige Öffnung 402a, die parallel zu der Seitenfläche 12a ist, in der Position gebildet, die dem Strömungskanalbereich 19a zugewandt ist, die rechteckige Öffnung 402b, die parallel zu der Seitenfläche 12b ist, ist in der Position gebildet, die dem Strömungskanalbereich 19b zugewandt ist, und die rechteckige Öffnung 402c, die parallel zu der Seitenfläche 12c ist, ist in der Position, die dem Strömungskanalbereich 19c zugewandt ist, gebildet. Die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W sind durch die Öffnungen 402a bis 402c in den Strömungskanal 19 eingefügt. Wie in 11 gezeigt, sind in der Bodenabdeckung 420 konvexe Abschnitte 406 gebildet, die in Bezug auf den Strömungskanal 19 nach unten vorstehen, in Positionen, die den oben beschriebenen Öffnungen 402a bis 402c zugewandt sind. Diese konvexen Abschnitte 406 sind Konkavitäten, wenn sie von dem Strömungskanal 19 gesehen werden, und die unteren Randabschnitte der Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W, die durch die Öffnungen 402a bis 402c eingefügt sind, füllen diese Konkavitäten. Da die Öffnung 404 entworfen ist, den Öffnungen 402a bis 402c zugewandt zu sein, kann die einen Strömungskanal bildende Einheit 12 einfach durch Aluminiumguss hergestellt werden.
  • Wie in 10 gezeigt, ist der rechteckige Gehäuseraum 405, der entworfen ist, um durch den Strömungskanal 19 an drei Seiten umgeben zu sein, in der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 gebildet. Da der Gehäuseraum 405, der durch den Strömungskanal 19 umgeben ist, die Form eines rechteckigen Parallelepipeds hat, kann das Kondensatormodul 500 als ein rechteckiges Parallelepiped geformt sein und die Produktivität des Kondensatormoduls 500 ist verbessert.
  • Nun bezugnehmend auf 12(a) bis 16, werden die Strukturen der Wechselrichterschaltung 140 und der Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W und der Leistungshalbleitermodule 301a bis 301c, die in der Wechselrichterschaltung 142 verwendet werden, ausführlich beschrieben. Die oben beschriebenen Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W und die Leistungshalbleitermodule 301a bis 301c haben die gleichen Strukturen und deshalb wird nun die Struktur des Leistungshalbleitermoduls 300U als ein typisches Beispiel beschrieben. In den 12(a) bis 16 entsprechen Signalanschlüsse 325U den Gate-Elektroden 154 und den Emitter-Elektroden 155, die in 2 offenbart sind, und Signalanschlüsse 325L entsprechend den Gate-Elektroden 164 und den Emitter-Elektroden 165, die in 2 ausgewiesen sind. Positive Gleichstromanschlüsse 315B sind die gleichen wie die positiven Anschlüsse 157, die in 2 ausgewiesen sind, und negative Gleichstromanschlüsse 319B sind die gleichen wie die negativen Anschlüsse 158, die in 2 ausgewiesen sind. Wechselstromanschlüsse 320B sind die gleichen wie die Wechselstromanschlüsse 159, die in 2 ausgewiesen sind. 12(a) ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 300U dieser Ausführungsform. 12(b) ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls 300U dieser Ausführungsform, entlang der Abschnittsebene D genommen und aus der Richtung E gesehen.
  • 13(a) bis 13(c) sind Diagramme, die das Leistungshalbleitermodul 300U zeigen, von dem für die Erleichterung des Verständnisses die Schrauben 309 und ein zweites Versiegelungsharz 351, die in den 12(a) und 12(b) gezeigt sind, entfernt sind. 13(a) ist eine perspektivische Ansicht und 13(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Abschnittsebene D genommen ist und von der Richtung E gesehen wird. 13(c) ist ein Diagramm, um den Prozess des Einfügens einer ersten versiegelten Einheit 302 eines Primärmoduls zu erklären.
  • Mit den Isolierelementen 333, die an beiden Flächen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls angebracht sind, wird die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls in einen Gehäuseraum eingefügt, der mit den Innenwänden eines Modulkasten 304 gebildet ist.
  • 14 ist ein Diagramm, das das Leistungshalbleitermodul 300U zeigt, von dem ferner der Modulkasten 304, der in 13 gezeigt ist, entfernt ist. 14(a) ist eine perspektivische Ansicht und 14(b) ist eine Querschnittsansicht, die wie in der 12(b) und 13(b) entlang der Abschnittsebene D genommen ist und aus der Richtung E gesehen wird.
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 300U, von dem ein erstes Versiegelungsharz 348 und ein Verdrahtungsisolierabschnitt 608, die in 14 gezeigt sind, entfernt sind. 16 ist ein Diagramm, um den Prozess des Zusammenbaus der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls zu erklären. Die Leistungshalbleitervorrichtungen (der IGBT 328, der IGBT 330, die Diode 156 und die Diode 166), die die Reihenschaltungen 150 der oberen und der unteren Zweige bilden, sind zwischen einer Leiterplatte 315 und einer Leiterplatte 318 oder zwischen einer Leiterplatte 320 und einer Leiterplatte 319 angeordnet und befestigt, wie in den 14(b) und 29 gezeigt ist. Die Leiterplatte 315 und ähnliches sind mit dem ersten Versiegelungsharz 348 versiegelt, wobei ihre wärmeabgebenden Flächen freigelegt sind. Die Isolierelemente 333 sind mit Wärme und Druck mit den wärmeabgebenden Flächen verbunden. Wie in 14(a) gezeigt, hat das erste Versiegelungsharz 348 die Form eines Polyhedrons (eines rechteckigen Parallelepipeds in diesem Fall).
  • Die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls, die mit dem ersten Versiegelungsharz 348 versiegelt ist, ist in den Modulkasten 304 eingefügt und ist mit Wärme und Druck mit den inneren Flächen des Modulkastens 304 verbunden, der ein dosenartiger Kühler ist, wobei die Isolierelemente 333 dazwischen angeordnet sind. Hierbei ist ein dosenartiger Kühler ein Kühler, der eine zylinderförmige Gestalt hat mit einer Einfügeöffnung 306 an einer Seite und einem Boden auf der anderen Seite. Die Hohlräume, die in dem Modulkasten 304 verbleiben, werden mit dem zweiten Versiegelungsharz 351 gefüllt.
  • Der Modulkasten 304 ist mit einem Material gebildet, das elektrische Leitfähigkeit besitzt, wie z. B. einem Aluminiumlegierungsmaterial (Al, AlSi, AlSiC oder Al-C), und ist einteilig in einer nahtlosen Form geformt. Der Modulkasten 304 hat keine Öffnung außer der Einfügeöffnung 306 und der äußere Rand der Einfügeöffnung 306 wird von einem Flansch 304B umgeben. Außerdem sind, wie in 12(a) gezeigt, ein erstes Wärmeabgabeelement 307A und ein zweites Wärmeabgabeelement 307B, die größere Flächen als die anderen Oberflächen haben, angeordnet, um einander zugewandt zu sein, und die jeweiligen Leistungshalbleitervorrichtungen (der IGBT 328, der IGBT 330, die Diode 156 und die Diode 166) sind angeordnet, um den Wärmeabgabeflächen zugewandt zu sein. Die drei Flächen, die das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B, die einander zugewandt sind, verbinden, machen eine versiegelte Fläche aus mit einer kleineren Breite als das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B und die Einfügeöffnung 306 ist in der verbleibenden anderen Fläche gebildet. Die Gestalt des Modulkastens 304 ist nicht notwendigerweise ein exaktes rechteckiges Parallelepiped und kann gerundete Ecken haben, wie in 12(a) gezeigt ist.
  • Da ein metallischer Kasten verwendet wird, der eine solche Form hat, kann die Versiegelung gegen das Kältemittel mit dem Flansch 304B beibehalten werden, obwohl der Modulkasten 304 in den Strömungskanal 19 eingefügt ist, in dem das Kältemittel, wie z. B. Wasser oder Öl strömt. Dementsprechend kann ein Austritt des Kühlmediums in den Modulkasten 304 mit einem einfachen Mechanismus verhindert werden. Rippen 305 sind gleichmäßig auf dem ersten Wärmeabgabeelement 307A und dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B gebildet, die einander zugewandt sind. Ein erstes Verbindungselement 304A, das eine extrem kleine Dicke besitzt, ist auf den äußeren Rändern des ersten Wärmeabgabeelements 307A und des zweiten Wärmeabgabeelements 307B gebildet. Da das erste Verbindungselement 304A eine solche verringerte Dicke hat, um einfach deformiert zu werden, wenn Druck auf die Rippen 305 angewendet wird, wird die Produktivität nach dem Einfügen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls vergrößert.
  • Mit dem ersten Verbindungselement 304A des Modulkastens 304, das später ausführlich mit Bezug auf 20 und die folgenden Zeichnungen beschrieben werden wird, kann verhindert werden, dass die Isolierelemente 333 von der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls und dem Modulkasten 304 losgelöst werden. Insbesondere in einem Fall, in dem die äußeren Flächen des Modulkastens 304 direkt durch das Kühlmedium gekühlt werden wie in dieser Ausführungsform, wird der thermische Widerstand der Wärmeleitpfade von den Leistungshalbleitervorrichtungen zu dem Modulkasten 304 erniedrigt, um dadurch die Wärmeabgabe von den äußeren Flächen des Modulkastens 304 zu ermöglichen. Damit kann der Strom, der in den Leistungshalbleitervorrichtungen fließt, vergrößert werden und die Kühleinheit des Leistungsumsetzungsapparats kann kleiner gemacht werden. So kann der Ausgabestrom pro Volumen in dem Leistungsumsetzungsapparat drastisch vergrößert werden.
  • Da die Leiterplatte 315 und ähnliches mit Wärme und Druck wie oben beschrieben durch die Isolierelemente 333 mit den inneren Wänden des Modulkastens 304 verbunden sind, können die Hohlräume zwischen den inneren Wanden des Modulkastens 304 und der Leiterplatte 315 und ähnlichem verkleinert werden und die Wärme, die von den Leistungshalbleitervorrichtungen erzeugt wird, kann effizient an die Rippen 305 übertragen werden. Außerdem kann, da die Isolierelemente 333 jedes eine gewisse Dicke und einen gewissen Grad der Flexibilität haben, thermische Belastung durch die Isolierelemente 333 aufgenommen werden und der Leistungsumsetzungsapparat kann in einem Fahrzeug mit schnellen Temperaturänderungen geeignet verwendet werden.
  • Außerhalb des Modulkastens 304 sind eine metallische positive Gleichstromverdrahtung 315A und eine metallische negative Gleichstromverdrahtung 319A zum elektrischen Verbinden mit dem Kondensatormodul 500 vorgesehen und die positiven Gleichstromanschlüsse 315B (157) und die negativen Gleichstromanschlüsse 319B (158) sind an den jeweiligen Kantenabschnitten gebildet. Eine metallische Wechselstromverdrahtung 320A zum Zuführen der Wechselstromleistung an den Motorgenerator MG1 ist auch vorgesehen und die Wechselstromanschlüsse 320B (159) sind an den Kantenabschnitten davon gebildet. In dieser Ausführungsform ist, wie in 15 gezeigt, die positive Gleichstromverdrahtung 315A mit der Leiterplatte 315 verbunden, die negative Gleichstromverdrahtung 319A ist mit der Leiterplatte 319 verbunden und die Wechselstromverdrahtung 320A ist mit der Leiterplatte 320 verbunden.
  • Außerhalb des Modulkastens 304 sind ferner metallische Signalverdrahtungen 324U und 324L zum elektrischen Verbinden der Ansteuerschaltung 174 vorgesehen und die Signalanschlüsse 325U (154 und 155) und die Signalanschlüsse 325L (164 und 165) sind an den jeweiligen Kantenabschnitten gebildet. In dieser Ausführungsform sind die Signalverdrahtungen 324U mit dem IGBT 328 verbunden und die Signalverdrahtungen 324L sind mit dem IGBT 328 verbunden, wie es in 1 gezeigt.
  • Die positive Gleichstromverdrahtung 315A, die negative Gleichstromverdrahtung 319A, die Wechselstromverdrahtung 320A, die Signalverdrahtungen 324U und die Signalverdrahtungen 324L sind einteilig als eine geformte Hilfseinheit 600 geformt, während sie voneinander durch den Verdrahtungsisolierabschnitt 608, der aus einem Harzmaterial geformt ist, isoliert sind. Der Verdrahtungsisolierabschnitt 608 dient auch als Stützelement, um die jeweiligen Verdrahtungen zu stützen, und das Harzmaterial, das hier geeignet verwendet wird, ist ein warmhärtendes Harz oder ein thermoplastisches Harz mit Isoliereigenschaften. Damit kann die Isolierung zwischen der positiven Gleichstromverdrahtung 315A, der negativen Gleichstromverdrahtung 319A, der Wechselstromverdrahtung 320A, den Signalverdrahtungen 324U und den Signalverdrahtungen 324L gesichert werden und eine Verdrahtung mit hoher Dichte kann verwirklicht werden. Die geformte Hilfseinheit 600 wird über einen Verbindungsabschnitt 370 mit der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls metallisch verbunden und ist dann mit den Schrauben 309, die durch die Schraubenlöcher dringen, die in dem Verdrahtungsisolierabschnitt 608 gebildet sind, an dem Modulkasten 304 gesichert. Das metallische Verbinden zwischen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls und der geformten Hilfseinheit 600 an dem Verbindungsabschnitt 370 kann zum Beispiel durch TIG-Schweißen durchgeführt werden.
  • Die positive Gleichstromverdrahtung 315A und die negative Gleichstromverdrahtung sind gestapelt, um einander zugewandt sein, wobei der Verdrahtungsisolierabschnitt 608 dazwischen angeordnet ist, und sie erstrecken sich im Wesentlichen parallel zueinander. Mit dieser Anordnung und den Formen sind die Ströme, die zu der Zeit eines Schaltvorgangs der Leistungshalbleitervorrichtung sofort fließen, einander zugewandt und fließen in entgegengesetzte Richtungen. Damit heben sich die magnetischen Felder, die von den Strömen erzeugt werden, gegenseitig auf und diese Wirkung führt zu einer geringeren Induktivität. Es sollte bemerkt werden, dass sich die Wechselstromverdrahtung 320A und die Signalanschlüsse 325U und 325L in der gleichen Richtung wie die positive Gleichstromverdrahtung 315A und die negative Gleichstromverdrahtung 319A erstrecken.
  • Der Verbindungsabschnitt 370, an dem die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls und die geformte Hilfseinheit 600 durch das metallische Verbinden verbunden sind, ist in dem Modulkasten 304 mit dem zweiten Versiegelungsharz 351 versiegelt. Damit kann der Isolierabstand, der zwischen dem Verbindungsabschnitt 370 und dem Modulkanten 304 notwendig ist, konstant gesichert werden. Dementsprechend kann die Größe des Leistungshalbleitermoduls 300U kleiner gemacht werden als in einem Fall, im dem die Versiegelung nicht durchgeführt wird.
  • Wie in 15 gezeigt, sind ein positiver Gleichstromverbindungsanschluss 315C auf der Hilfsmodulseite, ein negativer Gleichstromverbindungsanschluss 319C auf der Hilfsmodulseite, ein Wechselstromverbindungsanschluss 320 auf der Hilfsmodulseite, ein Signalverbindungsanschluss 320C auf der Hilfsmodulseite, Signalverbindungsanschlüsse 326U auf der Hilfsmodulseite und Signalverbindungsanschlüsse 326L auf der Hilfsmodulseite auf der Seite des Hilfsmoduls 600 in einer Linie an dem Verbindungsabschnitt 370 angeordnet. Inzwischen sind auf der Seite der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls des Verbindungsabschnitts 370 positive Gleichstromverbindungsanschlüsse 315D auf der Vorrichtungsseite, negative Gleichstromverbindungsanschlüsse 319D auf der Vorrichtungsseite, Wechselstromverbindungsanschlüsse 320D auf der Vorrichtungsseite, Signalverbindungsanschlüsse 327U auf der Vorrichtungsseite und Signalverbindungsanschlüsse 327L auf der Vorrichtungsseite in einer Linie angeordnet, die sich entlang einer Oberfläche des ersten Versiegelungsharzes 348 erstreckt, die die Form eines Polyhedrons hat. Da die jeweiligen Anschlüsse an dem Verbindungsabschnitt 370 ausgerichtet sind, kann die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls einfach durch Spritzpressen hergestellt werden.
  • Die Positionsbeziehungen unter den jeweiligen Anschlüssen, die in Übereinstimmung mit den Arten der Abschnitte, die sich von dem ersten Versiegelungsharz 348 der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls nach außen erstrecken, als unabhängig betrachtet werden, werden nun beschrieben. In der Beschreibung unten wird der Anschluss, der mit der positiven Gleichstromverdrahtung 315A (einschließlich der positiven Gleichstromanschlüsse 315B und dem positiven Gleichstromverbindungsanschluss 315C auf der Hilfsmodulseite) und den positiven Gleichstromverbindungsanschlüssen 315D auf der Vorrichtungsseite gebildet ist, als ein positivseitiger Anschluss bezeichnet werden, der Anschluss, der mit der negativen Gleichstromverdrahtung 319A (einschließlich den negativen Gleichstromanschlüssen 319B und dem negativen Gleichstromverbindungsanschluss 319C auf der Hilfsmodulseite) und den negativen Gleichstromverbindungsanschlüssen 315D auf der Vorrichtungsseite gebildet ist, wird als ein negativseitiger Anschluss bezeichnet werden, der Anschluss, der mit der Wechselstromverdrahtung 320A (einschließlich der Wechselstromanschlüsse 320B und des Wechselstromverbindungsanschlusses 320C auf der Hilfsmodulseite) und den Wechselstromverbindungsanschlüssen 320D auf der Vorrichtungsseite gebildet ist, wird als ein Ausgabeanschluss bezeichnet werden, der Anschluss, der mit den Signalverdrahtungen 324U (einschließlich der Signalanschlüsse 325U und der Signalverbindungsanschlüsse 326U auf der Hilfsmodulseite) und den Signalverbindungsanschlüssen 327U auf der Vorrichtungsseite gebildet ist, wird als ein Signalanschluss des oberen Zweigs bezeichnet werden und der Anschluss, der mit den Signalverdrahtungen 324L (einschließlich der Signalanschlüsse 325L und der Signalverbindungsanschlüsse 326L auf der Hilfsmodulseite) und den Signalverbindungsanschlüssen auf der Vorrichtungsseite 327L gebildet ist, wird als ein Signalanschluss des unteren Zweigs bezeichnet werden.
  • Die oben beschriebenen jeweiligen Anschlüsse stehen durch den Verbindungsabschnitt 370 aus dem ersten Versiegelungsharz 348 und dem zweiten Versiegelungsharz 351 hervor und die jeweiligen Abschnitte (die positiven Gleichstromverbindungsanschlüsse 315D auf der Vorrichtungsseite, die negativen Gleichstromverbindungsanschlüsse 319D auf der Vorrichtungsseite, die Wechselstromverbindungsanschlüsse 320D auf der Vorrichtungsseite, die Signalverbindungsanschlüsse 327U auf der Vorrichtungsseite und die Signalverbindungsanschlüsse 327L auf der Vorrichtungsseite), die aus dem ersten Versiegelungsharz 348 vorstehen, sind in einer Reihe angeordnet, die sich entlang einer Oberfläche des ersten Versiegelungsharzes 348 erstreckt, die die Form eines Polyhedrons hat, wie oben beschrieben ist. Der positivseitige Anschluss und der negativseitige Anschluss stehen in einem gestapeltem Zustand von dem zweiten Versiegelungsharz 351 hervor und sie erstrecken sich nach außen von dem Modulkasten 304. Mit dieser Struktur kann die Anwendung einer übermäßigen Belastung auf die Leistungshalbleitervorrichtungen und die Abschnitte, die mit den Anschlüssen verbunden sind, verhindert werden und die Bildung von Hohlräumen in dem Metallguss kann auch verhindert werden, wenn das Formeinspannen durchgeführt wird, während die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls durch das Versiegeln der Leistungshalbleitervorrichtungen mit dem ersten Versiegelungsharz 348 hergestellt wird. Außerdem fließen die Ströme in dem positivseitigen Anschluss und dem negativseitigen Anschluss in einem gestapelten Zustand in entgegengesetzte Richtungen und erzeugen in solchen Richtungen magnetische Flüsse, um sich gegenseitig aufzuheben. Dementsprechend kann eine niedrigere Induktivität verwirklicht werden.
  • Auf der Seite des Hilfsmoduls 600 sind der positive Gleichstromverbindungsanschluss 315C auf der Hilfsmodulseite und der negative Gleichstromverbindungsanschluss 319C auf der Hilfsmodulseite an den jeweiligen Kantenabschnitten der positiven Gleichstromverdrahtung 315A und der negativen Gleichstromverdrahtung 319A auf der gegenüberliegenden Seite von den positiven Gleichstromanschlüssen 315B und den negativen Gleichstromanschlüssen 319B gebildet. Der Wechselstromverbindungsanschluss 320C auf der Hilfsmodulseite wird an dem Kantenabschnitt der Wechselstromverdrahtung 320A auf der gegenüberliegenden Seit von den Wechselstromanschlüssen 320B gebildet. Die Signalverbindungsanschlüsse 326U und 326L auf der Hilfsmodulseite sind an den jeweiligen Kantenabschnitten der Signalverdrahtungen 324U und 324L auf der gegenüberliegenden Seite von den Signalanschlüssen 325U und 325L gebildet.
  • Inzwischen sind auf der Seite der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls die positiven Gleichstromverbindungsanschlüsse auf der Verrichtungsseite, der negative Gleichstromverbindunganschluss 319D auf der Vorrichtungsseite und die Wechselstromverbindungsanschlüsse 320D auf der Vorrichtungsseite jeweils auf den Leiterplatten 315, 319 und 320 gebildet. Die Signalverbindungsanschlüsse 327U und 327L auf der Vorrichtungsseite sind durch Bonddrähte 371 jeweils mit den IGBTs 328 und 330 verbunden. 17 ist eine perspektivische Außenansicht des Kondensatormoduls 500. Auf der oberen Fläche des Kondensatormoduls 500 sind die Kondensatoranschlüsse 503a bis 503c gebildet, um in der Nähe der Fläche des Kondensatormoduls 500, die dem Strömungskanal 19 zugewandt ist, hervorzustehen. Die Kondensatoranschlüsse 503a bis 503c sind gebildet, um den positiven Anschlüssen 157 und den negativen Anschlüssen 158 der jeweiligen Leistungshalbleitermodule zu entsprechen. Die Kondensatoranschlüsse 503a bis 503c haben die gleiche Form und Isolierschichten sind zwischen den negativseitigen Kondensatoranschlüssen 504 und den positivseitigen Kondensatoranschlüssen 506 der jeweiligen Kondensatoranschlüsse 503a bis 503c vorgesehen. Auf diese Weise ist die Isolierung zwischen den Anschlüssen gesichert.
  • Vorstehende Abschnitte 500e und 500f sind an den oberen Abschnitten auf der Seite einer Seitenfläche 500d des Kondensatormoduls 500 gebildet. Ein Entladungswiderstand ist in dem vorstehenden Abschnitt 500e befestigt und ein Y-Kondensator gegen normales Rauschen ist in dem vorstehenden Abschnitt 500f befestigt. Die Zuführanschlüsse 508 und 509, die in 5 gezeigt sind, sind an den Anschlüssen 500g und 500h angebracht, die von der oberen Fläche des vorstehenden Abschnitts 500f vorstehen. Wie in 10 gezeigt, sind die konkaven Abschnitte 405a und 405b zwischen den Öffnungen 402b und 402c und der Seitenfläche 12d gebildet. Da das Kondensatormodul 500 in dem Gehäuseraum 405 der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 untergebracht ist, ist der vorstehende Abschnitt 500e in dem konkaven Abschnitt 405a untergebracht und der vorstehende Abschnitt 500f ist in dem konkaven Abschnitt 405b untergebracht.
  • Der Entladewiderstand, der in dem vorstehenden Abschnitt 500e befestigt ist, ist ein Widerstand, um die Ladungen, die in den Kondensatorzellen in dem Kondensatormodul 500 gespeichert sind, zu entladen, wenn der Wechselrichter angehalten wird. Der konkave Abschnitt 405a, der den vorstehenden Abschnitt 500e unterbringt, ist unmittelbar über dem Strömungskanal des Kältemittels gebildet, das durch das Einlassrohr 13 einströmt. Dementsprechend kann der Anstieg der Temperatur in dem Entladewiderstand zur Zeit des Entladens verringert werden.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht der Sammelschienenanordnung 800. Die Sammelschienenanordnung 800 umfasst Wechselstromsammelschienen 802U, 802V und 802W für die U-, die V- und die W-Phase, ein Halteelement 803 zum Halten und Sichern der Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W und den Stromsensor 180 zum Detektieren des Wechselstroms, der in den Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W fließt. Jede der Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W ist mit einem breiten Leiter gebildet. Auf dem Halteelement 803, das aus einem isolierenden Material wie z. B. Harz hergestellt ist, sind Stützelemente 807a zum Halten der Ansteuerschaltungsplatte 22 gebildet, um nach oben von dem Halteelement 803 hervorzustehen.
  • Der Stromsensor 180 ist auf der Sammelschienenanordnung 800 angeordnet, um parallel zu der Seitenfläche 12d zu sein, in einer Position nahe der Seitenfläche 12d der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12, wenn die Sammelschienenanordnung 800 auf der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 gesichert ist, wie es in 8 gezeigt ist. Durchgangslöcher 181, um den Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W zu ermöglichen durchzudringen, sind in den Seitenflächen des Stromsensor 180 gebildet. Sensorelemente sind an den Abschnitten vorgesehen, in denen die Durchgangslöcher in dem Stromsensor 180 gebildet sind, und Signalleitungen 182a der jeweiligen Sensorelemente stehen von der oberen Fläche des Stromsensors 180 hervor. Die Sensorelemente sind in der ausgestreckten Richtung des Stromsensors 180 oder in der ausgestreckten Richtung der Seitenfläche 12d der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 ausgerichtet. Die Wechselstromsammelschienen 802U bis 802 dringen durch die jeweiligen Durchgangslöcher 181 und die Endabschnitte davon stehen parallel zueinander hervor.
  • Wie in 18 gezeigt, sind positionierende vorstehende Abschnitte 806a und 806b gebildet, um von dem Halteelement 803 nach oben hervorzustehen. Der Stromsensor 180 ist auf dem Halteelement 803 mit Schrauben gesichert. An diesem Punkt rasten die vorstehenden Abschnitte 806a und 806b in die positionierenden Löcher, die in dem Rahmen des Stromsensors 180 gebildet sind, ein, um den Stromsensor 180 zu positionieren. Außerdem rasten dann, wenn die Ansteuerschaltungsplatte 22 an dem Stützelement 807a gesichert ist, die positionierenden vorstehenden Abschnitte 806a und 806b in die positionierenden Löcher ein, die in der Ansteuerschaltungsplatte 22 gebildet sind, um die Signalleitungen 182a des Stromsensors 180 in den Durchgangslöchern der Ansteuerschaltungsplatte 22 zu positionieren. Die Signalleitungen 182 sind mit Lötmittel mit dem Verdrahtungsmuster der Ansteuerschaltungsplatte 22 verbunden.
  • In dieser Ausführungsform sind das Halteelement 803, die Stützelement 807a und die vorstehenden Abschnitte 806a und 806b einteilig mit Harz gebildet. Da das Halteelement 803 die Funktion hat, den Stromsensor 180 und die Ansteuerschaltungsplatte 22 wie oben beschrieben zu positionieren, werden die Vorgänge des Zusammenbauens und des Verbindens durch Löten zwischen den Signalleitungen 183 und der Ansteuerschaltungsplatte 22 einfacher. Außerdem kann, da das Halteelement 803 den Mechanismus besitzt, um den Stromsensor 180 und die Ansteuerschaltungsplatte 22 zu halten, die Anzahl der Komponenten in dem gesamten Leistungsumsetzungsapparat verringert werden.
  • Die Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W sind an dem Halteelement 803 gesichert, so dass die breiten Flächen horizontal werden und die Verbindungsabschnitte 805, die mit den Wechselstromanschlüssen 159 der Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W verbunden werden sollen, vertikal stehen. Die Verbindungsabschnitte 805 besitzen konkav-konvexe Abschnitte an den Endabschnitten und Wärme konzentriert sich auf den konkav-konvexen Abschnitten zu der Zeit des Schweißens.
  • Da sich der Stromsensor 180 parallel zu der Seitenfläche 12d der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 erstreckt, wie es oben beschrieben ist, sind die Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W, die durch die Durchgangslöcher 181 des Stromsensors 180 dringen, auf der Seitenfläche 12d der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 angeordnet. Da die jeweiligen Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W in den Strömungskanalbereichen 19a, 19b und 19c angeordnet sind, die entlang der Seitenflächen 12a, 12b und 12c der einen Strömungskanal bildenden Einheit gebildet sind, sind die Verbindungsabschnitte 805 der Wechselstromsammelschienen 802U bis 802W in Positionen angeordnet, die den Seitenflächen 12a bis 12c in der Sammelschienenanordnung 800 entsprechen. Als eine Folge erstreckt sich die Wechselstromsammelschiene 802U der U-Phase von dem Leistungshalbleitermodul 300U, das in der Nähe der Seitenfläche 12b der Seitenfläche 12d angeordnet ist, die Wechselstromsammelschiene 802V der V-Phase erstreckt sich von dem Leistungshalbleitermodul 300V, das in der Nähe der Seitenfläche 12a der Seitenfläche 12d angeordnet ist, und die Wechselstromsammelschiene 802W der W-Phase erstreckt sich von dem Leistungshalbleitermodul 300W, das in der Nähe der Seitenfläche 12c der Seitenfläche 12d angeordnet ist, wie in 8 gezeigt ist.
  • 19 ist ein Diagramm, das die einen Strömungskanal bildende Einheit zeigt, die die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W in den Öffnungen 402a bis 402c gesichert hat und das Kondensatormodul 500 in dem Gehäuseraum 405 untergebracht hat.
  • In dem Beispiel, das in 19 gezeigt ist, ist das Leistungshalbleitermodul 300U der U-Phase in der Öffnung 402b gesichert, das Leistungshalbleitermodul 300V der V-Phase ist in der Öffnung 402a gesichert und das Leistungshalbleitermodul 300W der W-Phase ist in der Öffnung 402c gesichert. Danach ist das Kondensatormodul 500 in dem Gehäuseraum 405 untergebracht und die Anschlüsse auf der Kondensatorseite und die Anschlüsse der jeweiligen Leistungshalbleitermodule sind durch Schweißen oder ähnliches verbunden. Die jeweiligen Anschlüsse stehen von der oberen Stirnfläche der einen Strömungskanal bildenden Einheit 12 hervor und eine Schweißmaschine wird von oben näher gebracht, um den Schweißvorgang durchzuführen.
  • Die positiven Gleichstromanschlüsse 315B und die negativen Gleichstromanschlüsse 319B der jeweiligen Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W, die in einer U-Form angeordnet sind, sind mit den Kondensatoranschlüssen 503a bis 503c, die aus der oberen Fläche des Kondensatormoduls vorstehen, wie in 17 gezeigt ist, verbunden. Da die drei Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W angeordnet sind, das Kondensatormodul 500 zu umgeben, sind die Positionsbeziehungen der jeweiligen Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W in Bezug auf das Kondensatormodul im Wesentlichen die gleichen und dementsprechend können die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W auf eine ausgeglichene Weise mit der Verwendung der Kondensatoranschlüsse 503a bis 503c von identischer Gestalt mit dem Kondensatormodul 500 verbunden werden. So können die Schaltungskonstante des Kondensatormoduls 500 und die Leistungshalbleitermodule 300U bis 300W einfach in den drei Phasen ausgeglichen werden und der Strom kann einfach ein und aus fließen.
  • Die obige Beschreibung ist nur ein Beispiel und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Strukturen der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls 300U, entlang der A-A-Abschnittsebene genommen und aus der Richtung, die von den Pfeilen in 12(a) gezeigt wird, gesehen.
  • Die haftenden Isolierelemente 333 können dünne Isolierschichten sein, die durch das Mischen eines thermisch leitenden Füllers mit Epoxidharz gebildet sind. Da die schichtähnliche Gestalt verwendet wird, kann ein Dicke genau bestimmt werden, verglichen mit einem Schmiermittel oder einem Haftmittel. Außerdem kann die Erzeugung von Hohlräumen verringert werden und Schwankungen des thermischen Widerstand und der Isolierleistungsfähigkeit können drastisch verringert werden. Jedes der Isolierelemente 333 kann eine keramische Platte oder eine Verbindungstafel sein, die durch das Anwenden eines Haftmaterials auf beide Oberflächen einer keramischen Platte gebildet ist. Da die haftenden Isolierelemente 333 mit dem Modulkasten 304 verbunden sind, können beide Oberflächen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls durch zwei Elemente des ersten Wärmeabgabeelements 307A und des zweiten Wärmeabgabeelements 307B gekühlt werden und die Wärmeabgabefläche kann größer gemacht werden. Dementsprechend kann der Wärmeabgabepfad, der sich von beiden Seiten des Leistungshalbleitermoduls 300U erstreckt und sich durch seine Wärmeabgabeeigenschaften auszeichnet, gebildet werden und der Apparat kann kleiner gemacht werden.
  • Um Abnahmen in der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpfade, die sich von der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls zu dem Modulkasten 304 erstrecken, zu verhindern, muss die Haftung zwischen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls und den Innenwänden des Modulkastens 304 verbessert werden und die Loslösung der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls von den Innenwänden des Modulkasten 304 muss verhindert werden. Die Prinzipien dieses Aspekts sind unten beschrieben.
  • Das erste Verbindungselement 304A ist gebildet, das erste Wärmeabgabeelement 307A, das eine Wärmeabgabefläche bildet, zu umgeben, und ist mit einem Seitenwandabschnitt 306C verbunden. Ebenso ist ein zweites Verbindungselement 304C gebildet, um das zweite Wärmeabgabeelement 307B, das eine Wärmeabgabefläche bildet, zu umgeben, und ist mit einem Seitenwandabschnitt 306C verbunden.
  • Das zweite Verbindungselement 304C dient als ein Tellerfederabschnitt, der die Druckkraft erzeugt, um eine Kompressionsbeanspruchung in die Richtung zu erzeugen, in der die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls angeordnet ist. Das erste Verbindungselement 304A dient als ein Einstellabschnitt, der deformiert ist, um die elastische Deformation (die Druckkraft) der Tellerfeder des ersten Verbindungselements 304C anzupassen.
  • Die Steifigkeiten des zweiten Verbindungselements 304C, das als der Tellerfederabschnitt dient, und des ersten Verbindungselements 304A, das als ein Einstellabschnitt dazu dient, die elastische Deformation einzustellen, sind entworfen, geringer als die Steifigkeiten des ersten Wärmeabgabeelements 307A und des zweiten Wärmeabgabeelements 307B zu sein. Zum Beispiel sind in dieser Ausführungsform die Dicken des ersten Verbindungselements 304A und des zweiten Verbindungselements 304C kleiner als die Dicken des ersten Wärmeabgabeelements 307A und des zweiten Wärmeabgabeelements 307B und die Materiale des ersten Verbindungselements 304A und des zweiten Verbindungselements 304C sind gemacht, geringere Steifigkeiten als die Materiale des ersten Wärmeabgabeelements 307A und des zweiten Wärmeabgabeelements 307B zu haben. Dementsprechend können dann, wenn Druck auf die beiden Oberflächen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls ausgeübt wird, das erste Verbindungselement 304A und das zweite Verbindungselement 304C leicht durch eine Last deformiert werden, die viel kleiner ist als eine Last, die die Leistungshalbleitervorrichtungen (die IGBTs 328 und 330 und die Dioden 156 und 166) zerbricht.
  • 23 bis 27 sind vergrößerte Ansichten der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind. Die Rippen 305 sind jedoch nicht gezeigt.
  • Der Verbindungsabschnitt zwischen dem Seitenwandabschnitt 306C und dem ersten Verbindungselement 304A ist als ein zweiter Verbindungsabschnitt C2 definiert und der Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Wärmeabgabeelement 307A und dem ersten Verbindungselement 304A ist als ein erster Verbindungsabschnitt C1 definiert. Ferner ist die Abschnittslänge des ersten Verbindungselements 304A, das zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt C1 und dem zweiten Verbindungsabschnitt C2 angeordnet ist, als eine Einstellabschnittslänge L1 definiert. Genauso ist der Verbindungsabschnitt zwischen dem Seitenwandabschnitt 306C und dem zweiten Verbindungselement 304C als ein vierter Verbindungsabschnitt C4 definiert und der Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Wärmeabgabeelement 307C und dem zweiten Verbindungselement 304C ist als ein dritter Verbindungsabschnitt C3 definiert. Ferner ist die Abschnittslänge des zweiten Verbindungselements 304C, das zwischen dem dritten Verbindungsabschnitt C3 und dem vierten Verbindungsabschnitt C4 angeordnet ist, als eine Tellerfederabschnittslänge L2 definiert. Die Tellerfederabschnittslänge L2 und die Einstellabschnittslänge L1 sind Längen, die entlang gekrümmter Abschnitte gemessen werden.
  • Wie in den 23 bis 27 gezeigt ist, ist in dieser Ausführungsform die Länge L2 des Abschnitts des zweiten Verbindungselements 304C, das als eine Tellerfeder dient, größer als die Länge L1 des konvexen Abschnitts des ersten Verbindungselements 304A, das als der Einstellabschnitt dient.
  • 21 zeigt einen Graph der Beträge der Rückfederung, die gemessen werden, wenn das erste Verbindungselement 304A (der Einstellabschnitt) und das zweite Verbindungselement 304C (der Tellerfederabschnitt) gleichmäßig verlagert sind. Dieser Graph zeigt die Ergebnisse eines Experiments, in dem die Einstellabschnittslänge L1 sechsmal größer als die Dicke des Einstellabschnitts war und die Tellerfederabschnittslänge L2 1,4-mal größer als die Einstellabschnittslänge L1 war. Eine Last wird auf das erste Wärmeabgabeelement 307A angewendet, eine Verlagerung X wird in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B angewendet und der Betrag der Rückfederung wird zur Zeit des Entlastens mit einem Testindikator gemessen.
  • Genauso wurde der Betrag der Rückfederung mit dem Testindikator gemessen, wenn das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B versetzt wurde, und die Ergebnisse wurden eingezeichnet.
  • Da die Tellerfederabschnittslänge L2 größer als die Einstellabschnittslänge L1 ist, ist die Streckbeanspruchung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) höher als die des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts) und die elastische Grenze wird höher. Deshalb ist dann, wenn die Verlagerung X unter Last 0,06 mm oder mehr beträgt, der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) 1,1-mal oder mehr größer als der Betrag der Rückfederung des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts). Wenn die versiegelte Einheit des Primärmoduls 302, die die Isolierelemente 333 auf beiden Oberflächen angebracht hat, in diesen Bereich eingefügt ist und das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B versetzt werden, ist der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) größer als der des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts). Als eine Folge wird eine Restkompressionsbeanspruchung in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls erzeugt.
  • Das heißt, das erste Verbindungselement 304A (der Einstellabschnitt) federt zurück von der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls, aber das zweite Verbindungselement 304C (der Tellerfederabschnitt) federt mehr als das erste Verbindungselement 304A (der Einstellabschnitt) zurück zu der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls. Dementsprechend kann in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls eine Kompressionsbeanspruchung aus dem Unterschied der Beträge der Rückfederung erzeugt werden.
  • 22 ist ein Diagramm, um ein Verfahren zum Einstellen einer Tellerfederkraft zu erklären. Die Seitenwandabschnitte 306C des Modulkastens 304 sind auf einem Gestell 100 angeordnet und die Abschnitte des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts), die um das erste Wärmeabgabeelement 307A angeordnet sind, werden in die Richtung, die durch die Pfeile angezeigt ist, gedrückt. An diesem Punkt wird die Last über die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls auf die Seite des zweiten Wärmeabgabeelements 307B übertragen und das zweite Verbindungselement 304C (der Tellerfederabschnitt) wird versetzt. Wenn das Entladen durchgeführt ist, nachdem die Verlagerung den Restbeanspruchungserzeugungsbereich erreicht, der in 21 gezeigt ist, wird der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) größer als der des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts). Als eine Folge wird eine Restkompressionsbeanspruchung in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls erzeugt.
  • An diesem Punkt wird die Höhe X der Stufen des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts) eingestellt, so dass die Tellerfederkraft eingestellt werden kann und die Restkompressionsbeanspruchung höher oder niedriger gemacht werden kann. Das heißt, wie in 21 gezeigt ist, da die Verlagerung X des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts) größer wird, wird der Unterschied der Beträge der Rückfederung zwischen dem zweiten Verbindungselement 304C (dem Tellerfederabschnitt) und dem ersten Verbindungselement 304A (dem Einstellabschnitt) größer und die Restkompressionsbeanspruchung wird auch größer.
  • Da in einem Teil des Gestells 100 Schnittabschnitte 100A gebildet sind, kann das zweite Verbindungselement 304C (der Tellerfederabschnitt) auf eine konvexe Weise in der entgegengesetzten Richtung von der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls deformiert werden, wenn die dünneren Abschnitte um das ersten Wärmeabgabeelement 307A gedrückt sind. Dementsprechend kann die Höhe X der Stufen des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts) größer gemacht werden.
  • Anstatt von dünneren Abschnitten um das Wärmeabgabeelement 307A können obere Abschnitte der Rippen 305 mit einer Spannvorrichtung oder ähnlichem gedrückt werden.
  • In dem Folgenden werden die jeweiligen Beispiele, die in den 23 bis 25 gezeigt sind, beschrieben. 23 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 1) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind. Ein erster gekrümmter Abschnitt 365A ist in dem ersten Verbindungselement 304A (dem Einstellabschnitt) gebildet und ein zweiter gekrümmter Abschnitt 365C ist in dem zweiten Verbindungselement 304C (dem Tellerfederabschnitt) gebildet. Der erste gekrümmte Abschnitt 365A und der zweite gekrümmte Abschnitt 365C können bei niedrigen Kosten durch Pressen oder ähnliches gebildet werden. Da der erste gekrümmte Abschnitt 365A in dem ersten Verbindungselement 304A (dem Einstellabschnitt) gebildet ist und ein zweiter gekrümmter Abschnitt 365C in dem zweiten Verbindungselement 304C (dem Tellerfederabschnitt) gebildet ist, kann das Verhältnis zwischen der Tellerfederabschnittslänge L2 und der Einstellabschnittslänge L1 beliebig gesetzt sein.
  • Mit dieser Anordnung kann die Tellerfederabschnittslänge L2 größer gemacht werden als die Einstellabschnittslänge L1 und der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) wird größer als der Betrag der Rückfederung des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts), wenn das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert sind. Dementsprechend wird eine Restkompressionsbeanspruchung in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls erzeugt. Es sollte bemerkt werden, dass der erste gekrümmte Abschnitt 365A entworfen sein kann, eine lineare Form zu haben.
  • 24 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 2) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind. Die Größe des zweiten Wärmeabgabeelements 207B ist kleiner gemacht als die des ersten Wärmeabgabeelements und die Breite des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) ist größer gemacht als die des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts). Das heißt, das zweite Wärmeabgabeelement 307B ist so entworfen, dass der vorstehende Abschnitt des zweiten Wärmeabgabeelements 307B kleiner wird als der vorstehende Abschnitt des ersten Wärmeabgabeelements 307A, wenn er aus einer Richtung senkrecht zu der zugewandten Fläche des ersten Wärmeabgabeelements 307A, das der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls zugewandt ist, vorsteht.
  • Mit dieser Anordnung kann die Tellerfederabschnittslänge L2 größer gemacht werden als die Einstellabschnittslänge L1 und der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) wird größer als der Betrag der Rückfederung des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts), wenn das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert sind. Dementsprechend wird eine Restkompressionsbeanspruchung in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls erzeugt.
  • 25 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 3) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind. Ein schlitzähnlicher oder kegelförmiger Nutabschnitt 375C ist auf der Seite des Seitenwandabschnitts 306C gebildet, der mit dem zweiten Verbindungselement 304C (dem Tellerfederabschnitt) verbunden ist. Mit dieser Anordnung kann die Tellerfederabschnittslänge L2 größer gemacht werden als die Einstellabschnittslänge L1 und der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) wird größer als die Rückfederung des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts), wenn das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307 zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert sind. Dementsprechend wird eine Restkompressionsbeanspruchung in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls erzeugt.
  • Während der Modulkasten 304 in jedem der obigen Beispiele einteilig gebildet ist, zeigen die 26 und 27 Beispiele, in denen die Seitenwandabschnitte 306C getrennt gebildet sind. 26 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 4) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind.
  • Der Modulkasten 304 ist mit insgesamt drei Elementen gebildet: einem ersten Element 375A, das mit dem ersten Wärmeabgabeelement 307A und dem ersten Verbindungselement 304A (dem Einstellabschnitt) gebildet ist, einem zweiten Element 375B, das mit dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B und dem zweiten Verbindungselement 304C (dem Tellerfederabschnitt) gebildet ist, und dem Seitenwandabschnitt 306C.
  • Das erste Element 375A und der Seitenwandabschnitt 306C und das zweite Element 375B und der Seitenwandabschnitt 306C sind durch Laserschweißen oder Rührreibschweißen verbunden. Der Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Element 375A und dem Seitenwandabschnitt 306C ist ein erster Verbindungsabschnitt 355A und der Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Element 375B und dem Seitenwandabschnitt 306C ist ein zweiter Verbindungsabschnitt 355B.
  • Das erste Verbindungselement 304A hat eine konvexe Form, die sich zu der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls ausbeult, und das zweite Verbindungselement 304C hat eine konvexe Form, die sich zu der gegenüberliegenden Seite von der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls ausbeult. Mit diesen drei Elementen ist jede der inneren Oberflächen des ersten Wärmeabgabeelements 307A und des zweiten Wärmeabgabeelements 307B (der Abschnitte, die in Kontakt mit der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls sind) mit hoher Genauigkeit abgeschlossen, um die Ebenheit zu vergrößern und die Oberflächenrauigkeit zu verringern, und ist dann mit dem Seitenwandabschnitt 306C verbunden. Dementsprechend kann die Haftung des ersten Wärmeabgabeelements 307A und des zweiten Wärmeabgabeelements 307B an den Isolierelementen 333 verbessert werden.
  • Wenn das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert ist, ist das zweite Verbindungselement 304C (der Tellerfederabschnitt) deformiert, wobei der zweite Verbindungsabschnitt 355B der Anfangspunkt ist, und nähert sich deshalb dem vierten Verbindungsabschnitt C4. Wenn das erste Wärmeabgabeelement 307A in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert ist, ist das erste Verbindungselement 304A (der Einstellabschnitt) deformiert, wobei die Innenwand des Seitenwandabschnitts 306C der Anfangspunkt ist, und nähert sich deshalb dem zweiten Verbindungsabschnitt C2. Dementsprechend kann die Tellerfederabschnittslänge L2 bei niedrigen Kosten größer gemacht sein als die Einstellabschnittslänge L1, ohne eine Änderung der Wärmeabgabeabschnittsgröße oder der Bildung eines Nutabschnitts.
  • Mit dieser Anordnung kann die Tellerfederabschnittslänge L2 größer gemacht werden als die Einstellabschnittslänge L1 und der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) wird größer als der Betrag der Rückfederung des ersten Verbindungsabschnitts 304A (des Einstellabschnitts), wenn das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert sind. Dementsprechend wird eine Restkompressionsbeanspruchung in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls erzeugt.
  • 27 ist eine vergrößerte Ansicht (Beispiel 5) der Verbindungselemente, die in 20 gezeigt sind. Wenn das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert ist, ist das zweite Verbindungselement 304C (der Tellerfederabschnitt) deformiert, wobei der zweite Verbindungsabschnitt 355B der Anfangspunkt ist, und nähert sich deshalb dem vierten Verbindungsabschnitt C4. Wenn das erste Wärmeabgabeelement 307A in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert ist, ist das erste Verbindungselement 304A (der Einstellabschnitt) deformiert, wobei die Innenwand des Seitenwandabschnitts 306C der Anfangspunkt ist, und nähert sich deshalb dem zweiten Verbindungsabschnitt C2. Dementsprechend kann die Tellerfederabschnittslänge L2 bei niedrigen Kosten größer gemacht sein als die Einstellabschnittslänge L1, ohne eine Änderung der Wärmeabgabeabschnittsgröße oder der Bildung eines Nutabschnitts.
  • Außerdem kann, da der erste gekrümmte Abschnitt 365A in dem ersten Verbindungselement 304A (dem Einstellabschnitt) gebildet ist und ein zweiter gekrümmter Abschnitt 365C in dem zweiten Verbindungselement 304C (dem Tellerfederabschnitt) gebildet ist, das Verhältnis zwischen der Tellerfederabschnittslänge L2 und der Einstellabschnittslänge L1 beliebig gesetzt sein.
  • Mit dieser Anordnung kann die Tellerfederabschnittslänge L2 größer gemacht sein als die Einstellabschnittslänge L1 und der Betrag der Rückfederung des zweiten Verbindungselements 304C (des Tellerfederabschnitts) wird größer als der Betrag der Rückfederung des ersten Verbindungselements 304A (des Einstellabschnitts), wenn das erste Wärmeabgabeelement 307A und das zweite Wärmeabgabeelement 307B in die Richtung von dem ersten Wärmeabgabeelement 307A zu dem zweiten Wärmeabgabeelement 307B verlagert sind. Dementsprechend wird in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls eine Restkompressionsbeanspruchung erzeugt. Es sollte bemerkt werden, dass der erste gekrümmte Abschnitt 365A entworfen sein kann, eine lineare Form zu haben.
  • Das zweite Verbindungselement 304C (der Tellerfederabschnitt) und das erste Verbindungselement 304A (der Einstellabschnitt) sind in dieser Ausführungsform aus dem gleichen Material hergestellt, aber sie können unterschiedliche Materiale verwenden, die unterschiedliche elastische Grenzen haben, um einen Unterschied in dem Betrag der Rückfederung zu erzeugen.
  • 28 ist ein Diagramm, um den Prozess des Pressverbindens bei Unterdruckerwärmung zu erklären. Das erste Wärmeabgabeelement 307A des Modulkastens 304 ist auf der Pressmaschine 901 angeordnet, die eine Heizung 900 enthält. Der Raum, der die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls umgibt, wird dann evakuiert, um die enthaltene Luft wie z. B. die Hohlräume, die in den Schnittstellen der haftenden Isolierelemente 333 gebildet sind, zu entfernen. Das erste Wärmeabgabeelement 307A wird dann bei einer hohen Temperatur für einige Stunden getrocknet, während es von oben und unten gepresst wird, um das Härten des Haftmittels zu ermöglichen. Durch diese Prozeduren kann die Zuverlässigkeit wie z. B. die Isolierungslebensdauer des Isolierelements 333 verbessert werden. Dementsprechend kann ein kleiner, höchst zuverlässiger Leistungsumsetzungsapparat bereitgestellt werden.
  • An diesem Punkt haben die Isolierelemente 333 bevorzugt Haftungseigenschaften. Ferner sind die Isolierelemente 333 bevorzugt aus einem Material hergestellt, das durch Temperaturänderungen, die durch die oben genannte Heizung 900 verursacht wurden, thermisch gehärtet wird.
  • Obwohl das Pressverbinden bei Unterdruckerwärmung in dieser Ausführungsform nach dem Einstellprozess der Tellerfederkraft durchgeführt wird, kann die Einstellung der Tellerfederkraft nach dem Pressverbinden bei Unterdruckerwärmung durchgeführt werden.
  • Die bevorzugten Isolierelemente 333 für die Leistungshalbleitermodule 300 gemäß dieser Ausführungsform werden nun beschrieben. Von den Isolierelementen 333 gemäß dieser Ausführungsform wird erwartet, dass sie die elektrische Isolierung zwischen den Innenwänden des Modulkastens 304 und der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls sichern und auch die Haftung dazwischen sichern. Die Wärmeabgabeflächen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls sind jedoch mit den Leiterplatten 318 und 319 und dem ersten Versiegelungsharz 348 gebildet, wie in 14 gezeigt ist. Deshalb kann dann, wenn Konkavitäten oder Konvexitäten in den Grenzen zwischen den Leiterplatten 318 und 319 und dem ersten Versiegelungsharz 348 auftreten, die Haftung an den Isolierelementen 333 geringer werden. Als eine Folge bildet die Luft oder ähnliches Hohlräume zwischen den Isolierelementen 333 und der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls und eine Abnahme der Wärmeübertragungsrate der Leistungshalbleitermodule 300 oder eine teilweise Entladung kann verursacht werden. Ebenso kann wegen der Oberflächenrauigkeit der Innenwände des Modulkastens 304 und der Leiterplatten 318 und 319 das Eindringen der Luft oder ähnliches in winzig kleine Hohlräume auftreten und eine Abnahme der Wärmeübertragungsrate der Leistungshalbleitermodule 300 oder eine teilweise Entladung können verursacht werden.
  • In Hinsicht auf das Obige sind die Isolierelemente 333 bevorzugt aus einem Isoliermaterial hergestellt, das weich ist oder einen niedrigen Young-Elastizitätsmodul hat, um die Konkavitäten und Konvexitäten in den Grenzflächen zwischen den Leiterplatten 318 und 319 und der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls oder den winzig kleinen Hohlräumen, die wegen der Oberflächenrauigkeit der Innenwände des Modulkastens 304 und der Leiterplatten 318 und 319 gebildet sind, auszufüllen.
  • Ein Isoliermaterial, das ein niedriges Elastizitätsmodul besitzt, enthält eine große Menge von Unreinheiten, die verschieden von dem Material sind, das die elektrische Isolierung sichert, und eine ausreichende elektrische Isolierung könnte nicht gesichert sein.
  • In Hinsicht darauf umfassen die Isolierelemente 333 gemäß dieser Ausführungsform ein Isoliermaterial, das eine kleinere Menge von Unreinheiten enthält oder ein hohes Elastizitätsmodul hat, und das oben genannte Isoliermaterial, das ein niedriges Elastizitätsmodul hat, in den Räumen zwischen den Isolierelementen 333 und den Innenwänden des Modulkastens 304. Das heißt, jedes der Isolierelemente 333 ist in der Gestalt von vielen Schichten mit Isoliermaterialen, die sich in ihrem Elastizitätsmodul voneinander unterscheiden. Mit dieser Anordnung können Abnahmen der Wärmeübertragungsrate beschränkt werden und die elektrische Isolierung kann gesichert werden.
  • Insbesondere sind in jedem der Isolierelemente 333 eine obere Schicht und eine untere Schicht aus einem Isoliermaterial hergestellt, das ein niedriges Elastizitätsmodul besitzt, und eine Zwischenschicht ist aus einem Isoliermaterial hergestellt, das ein hohes Elastizitätsmodul besitzt.
  • Außerdem ist dann, wenn ein warmhärtendes Material verwendet wird, das Elastizitätsmodul davon bei einer niedrigen Temperatur niedrig und dementsprechend füllen die Isolierelemente 333 einfach die Konkavitäten und Konvexitäten in den Grenzflächen zwischen den Leiterplatten 318 und 319 und der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls oder die winzig kleinen Hohlräume, die wegen der Oberflächenrauigkeit der Innenwände des Modulkastens 304 und der Leiterplatten 318 und 319 gebildet sind.
  • Wenn die Restkompressionsbeanspruchung, die durch die Tellerfeder erzeugt wird, zu hoch ist, könnten die Isolierelemente 333 zerbrochen werden und die Isolierung könnte geringer werden. In dieser Ausführungsform kann die Tellerfederkraft durch das Steuern der Höhe X der Stufe des ersten Verbindungselements 304A (der Einstellabschnitt) eingestellt werden.
  • Mit dieser Anordnung können sogar in einer Ausführungsform, die einen dosenartigen Kühlkasten verwendet, wie in 13 gezeigt ist, die Wärmeübertragungsrate beschränkt und die elektrische Isolierung gesichert werden.
  • Wie oben beschrieben, wird das Pressverbinden bei Unterdruckerwärmung durchgeführt, nachdem die Restkompressionsbeanspruchung in der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls erzeugt wurde, so dass das Loslösen der Isolierschicht verhindert werden kann und die versiegelte Einheit 302 des Primärmoduls fest an den Innenwänden des Modulkastens 304 befestigt werden kann. In dieser Struktur wird die Wärme, die von den Leistungshalbleitervorrichtungen erzeugt wird, über die haftenden Isolierelemente 333, die auf den beiden Seitenflächen der versiegelten Einheit 302 des Primärmoduls vorgesehen sind, an den Modulkasten 304 übertragen.
  • Dementsprechend kann die Wärme von beiden Seiten jeder Leistungshalbleitervorrichtung abgegeben werden. Außerdem kann, da der Wärmeleitpfad von den Leistungshalbleitervorrichtungen zu dem Kühlmedium in zwei parallele Pfade geteilt ist, der thermische Widerstand beträchtlich verringert werden und die Leistungshalbleitermodule und der Leistungsumsetzungsapparat können kleiner gemacht werden.
  • Außerdem können, da die Tellerfederabschnitte und die Einstellabschnitte durch Pressen gebildet werden, die Leistungshalbleitermodule mit hoher Produktivität und bei niedrigen Kosten geschaffen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 300U, 300V, 300W
    Leistungshalbleitermodul
    302
    versiegelte Einheit des Primärmoduls
    304
    Modulkasten
    304A
    erstes Verbindungselement
    304C
    zweites Verbindungselement
    305
    Rippe
    306C
    Seitenwandabschnitt
    307A
    erstes Wärmeabgabeelement
    307B
    zweites Wärmeabgabeelement
    328, 330
    IGBT
    333
    Isolierelement
    L1
    Einstellabschnittslänge
    L2
    Tellerfederabschnittslänge

Claims (10)

  1. Leistungshalbleitermodul, das Folgendes umfasst: eine Halbleitervorrichtung, die konfiguriert ist, die Umsetzung in Gleichstromleistung und Wechselstromleistung durchzuführen; Leiterplatten, die auf beiden Seiten der Halbleitervorrichtung angeordnet sind, wobei die Leiterplatten durch Löten mit den Elektrodenoberflächen der Halbleitervorrichtung verbunden sind; eine versiegelte Einheit, die die Halbleitervorrichtung und die Leiterplatten darin mit Harz versiegelt hat; einen Kasten zum Unterbringen der versiegelten Einheit; und ein Isolierelement, das zwischen der versiegelten Einheit und dem Kasten angeordnet ist, wobei der Kasten Folgendes umfasst: ein erstes Wärmeabgabeelement, das einer Oberfläche der versiegelten Einheit zugewandt ist; ein zweites Wärmeabgabeelement, das einer weiteren Oberfläche der versiegelten Einheit auf der der einen Oberfläche gegenüberliegenden Seite zugewandt ist; ein erstes Verbindungselement, das mit dem ersten Wärmeabgabeelement verbunden ist, während es das erste Wärmeabgabeelement umgibt; ein zweites Verbindungselement, das mit dem zweiten Wärmeabgabeelement verbunden ist, während es das zweite Wärmeabgabeelement umgibt, und einen Seitenwandabschnitt, der mit dem ersten Verbindungselement und dem zweiten Verbindungselement verbunden ist, das zweite Wärmeabgabeelement einen größeren Betrag der Rückfederung hat, wenn es weg von der versiegelten Einheit verlagert wird, als einen Betrag der Rückfederung des ersten Wärmeabgabeelements, wenn es um den gleichen Abstand zu der versiegelten Einheit verlagert wird, und die versiegelte Einheit einer Kompressionsbeanspruchung ausgesetzt ist, die von einem Unterschied des Betrags der Rückfederung erzeugt wird.
  2. Leistungshalbleitermodul, das Folgendes umfasst: eine Halbleitervorrichtung, die konfiguriert ist, die Umsetzung in Gleichstromleistung und Wechselstromleistung durchzuführen; Leiterplatten, die auf beiden Seiten der Halbleitervorrichtung angeordnet sind, wobei die Leiterplatten durch Löten mit den Elektrodenoberflächen der Halbleitervorrichtung verbunden sind; eine versiegelte Einheit, die die Halbleitervorrichtung und die Leiterplatten darin mit Harz versiegelt hat; einen Kasten zum Unterbringen der versiegelten Einheit; und ein Isolierelement, das zwischen der versiegelten Einheit und dem Kasten angeordnet ist, wobei der Kasten Folgendes umfasst: ein erstes Wärmeabgabeelement, das einer Oberfläche der versiegelten Einheit zugewandt ist; ein zweites Wärmeabgabeelement, das einer weiteren Oberfläche der versiegelten Einheit auf der gegenüberliegenden Seite von der einen Oberfläche zugewandt ist; ein erstes Verbindungselement, das mit dem ersten Wärmeabgabeelement verbunden ist, während es das erste Wärmeabgabeelement umgibt; ein zweites Verbindungselement, das mit dem zweiten Wärmeabgabeelement verbunden ist, während es das zweite Wärmeabgabeelement umgibt, und einen Seitenwandabschnitt, der mit dem ersten Verbindungselement und dem zweiten Verbindungselement verbunden ist, der Seitenwandabschnitt einen ersten Öffnungsabschnitt, der mit dem ersten Wärmeabgabeelement und dem ersten Verbindungselement abgedeckt ist, und einen zweiten Öffnungsabschnitt, der mit dem zweiten Wärmeabgabeelement und dem zweiten Verbindungselement abgedeckt ist, bildet, das zweite Wärmeabgabeelement einen größeren Betrag der Rückfederung hat, wenn es weg von der versiegelten Einheit verlagert wird, als einen Betrag der Rückfederung des ersten Wärmeabgabeelements, wenn es um den gleichen Abstand zu der versiegelten Einheit verlagert wird, und die versiegelte Einheit einer Kompressionsbeanspruchung ausgesetzt ist, die von einem Unterschied des Betrags der Rückfederung erzeugt wird.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicken des ersten Verbindungselements und des zweiten Verbindungselements kleiner sind als die jeweiligen Dicken des ersten Wärmeabgabeelements, des zweiten Wärmeabgabeelements und des Seitenwandabschnitts und die Steifigkeiten des ersten Verbindungselements und des zweiten Verbindungselements geringer sind als die jeweiligen Steifigkeiten des ersten Wärmeabgabeelements, des zweiten Wärmeabgabeelements und des Seitenwandabschnitts.
  4. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dann, wenn ein Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Wärmeabgabeelement und dem ersten Verbindungselement als ein erster Verbindungsabschnitt definiert ist, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Verbindungselement und dem Seitenwandabschnitt als ein zweiter Verbindungsabschnitt definiert ist, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Wärmeabgabeelement und dem zweiten Verbindungselement als ein dritter Verbindungsabschnitt definiert ist und ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Verbindungselement und dem Seitenwandabschnitt als ein viertes Verbindungselement definiert ist, eine Länge des zweiten Verbindungselements von dem dritten Verbindungsabschnitt zu dem vierten Verbindungsabschnitt größer ist als eine Länge des ersten Verbindungselements von dem ersten Verbindungsabschnitt zu dem zweiten Verbindungsabschnitt.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4, wobei das zweite Verbindungselement oder sowohl das erste Verbindungselement als auch das zweite Verbindungselement einen gekrümmten Abschnitt umfassen.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4 oder 5, wobei das zweite Wärmeabgabeelement dann, wenn es aus einer Richtung senkrecht zu einer zugewandten Oberfläche des ersten Wärmeabgabeelements, das der versiegelten Einheit zugewandt ist, vorsteht, einen kleineren vorstehenden Abschnitt hat als ein vorstehender Abschnitt des ersten Wärmeabgabeelements.
  7. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Wärmeabgabeelement und das erste Verbindungselement einteilig gebildet sind, das zweite Wärmeabgabeelement und das zweite Verbindungselement einteilig gebildet sind, das erste Verbindungselement durch Laserschweißen oder Rührreibschweißen mit dem Seitenwandabschnitt verbunden ist und das zweite Verbindungselement durch Laserschweißen oder Rührreibschweißen mit dem Seitenwandabschnitt verbunden ist.
  8. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 7, wobei das erste Verbindungselement eine konvexe Form hat, die zu der Seite der versiegelten Einheit ausbeult, und das zweite Verbindungselement eine konvexe Form hat, die zu der gegenüberliegenden Seite von der versiegelten Einheit ausbeult.
  9. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 8, wobei sich eine Höhe der konvexen Form zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt und dem zweiten Verbindungsabschnitt unterscheidet.
  10. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Verbindungselement und das zweite Verbindungselement aus verschiedenen Materialen voneinander hergestellt sind.
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