DE112014006604T5 - Leistungsmodulvorrichtung und Leistungswandlungsvorrichtung - Google Patents

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Hisashi Tanie
Hiroshi Shintani
Atsuo Nishihara
Eiichi Ide
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Abstract

Die Erfindung stellt eine Leitungswandlungsvorrichtung mit einem Gehäuse bereit, das: die alternierende Anordnung von Kühlvorrichtungen und von Halbleiterkomponenten, die Halbleiterelemente enthalten, erlaubt, um die Halbleiterelemente von beiden Flächen zu kühlen; Druck auf die alternierend angeordneten Kühlvorrichtungen und Halbleiterkomponenten ausübt und in Richtung der Druckausübung weniger steif ausgelegt werden kann, um Zwischenräume zu vermeiden; und das gedichtet werden kann, so dass auch beim Einspritzen von flüssigem Silikongel ein Herauslecken verhindert wird. Die Leistungswandlungsvorrichtung ist mit einem Gehäuse versehen, dessen Ränder im Wesentlichen in der gleichen Ebene liegen und das eine Form mit Vertiefungen aufweist, deren Anzahl so groß ist wie die Anzahl der zu montierenden Halbleiterkomponenten, die jeweils ein Halbleiterelement und einen Anschluss aufweisen. Die Halbleiterkomponenten werden an Positionen entsprechend den Vertiefungen des Gehäuses angeordnet. Die Kühlvorrichtungen werden so angeordnet, dass die Halbleiterkomponenten mit dem Gehäuse jeweils zwischen ihnen angeordnet sind. Und die Halbleiterkomponenten werden mit einem Silikongel versiegelt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsmodulvorrichtung und ein Halbleiterelement.
  • Technischer Hintergrund
  • Eine Leistungswandlungsvorrichtung, die mit einem Leistungshalbleiterelement in der Art eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT) und einer Freilaufdiode (FWD) versehen ist, wird für verschiedene Produkte in der Art von Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen, Eisenbahnen und elektrischen Leistungsgeräten verwendet. Diese Leistungshalbleiterelemente erzeugen beim Betrieb Wärme. Dementsprechend müssen die Leistungshalbleiterelemente geeignet gekühlt werden. Daher wird ein Wasserkühler mit zirkulierendem Wasser oder ein Luftkühler unter Verwendung einer Rippe bereitgestellt und ein Wärmeaustausch mit dem Kühler ausgeführt, wodurch die Leistungshalbleiterelemente gekühlt werden.
  • Dabei benötigt eine allgemeine Leistungswandlungsvorrichtung mehrere Halbleiterelemente. Ferner müssen die mehreren Halbleiterelemente auf der Leistungswandlungsvorrichtung fest und dicht montiert werden. Zur wirksamen Kühlung der mehreren Halbleiterelemente wurde eine Struktur entwickelt, die eine Halbleiterkomponente (mit dem darin aufgenommenen Halbleiterelement) von beiden Flächen kühlt. Ein wirksamer Weg zur wirksamen Kühlung eines Wärme erzeugenden Halbleiterelements auf diese Weise besteht darin, die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und die Kühlvorrichtung alternierend anzuordnen. Beispielsweise ist eine Technik bekannt, bei der die Halbleiterkomponente und ein Kühlrohr zur Kühlung alternierend angeordnet und aufeinander geschichtet werden. Diese Technik ist beispielsweise in JP-A-2011-181687 (PTL 1) offenbart.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: JP-A-2011-181687
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Die vorstehend beschriebene bekannte Technik verwirklicht eine hocheffiziente Kühlung des Halbleiterelements durch alternierendes Anordnen der Halbleiterkomponente und der Kühlvorrichtung. Die Isolation wird jedoch einfach durch einen Zwischenraum gewährleistet. Dementsprechend wird zur Ausführung der Kühlung gewöhnlich ein Kühlmediumsweg, der Kühlelemente miteinander verbindet, verwendet, oder es wird eine Kühlrippe, die thermisch mit den Kühlelementen verbunden ist, verwendet. Es gibt überdies eine Tendenz, nach der die Anordnung durch alternierendes Anordnen der Halbleiterkomponente und der Kühlvorrichtung viel dichter wird. Die vorstehend beschriebene bekannte Technik berücksichtigt jedoch nicht, dass ein Abschnitt der Halbleiterkomponente mit einem Dichtungsmaterial versiegelt wird.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Leistungsmodulvorrichtung und eine Leistungswandlungsvorrichtung bereitzustellen, welche geeignet ein Dichtungsmaterial verwenden, um einem hohen Druck zu widerstehen, während eine wirksame Kühlung beibehalten wird.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß der Erfindung wird zum Lösen der vorstehend beschriebenen Aufgabe eine Leistungsmodulvorrichtung bereitgestellt, die dafür ausgelegt ist, ein Kühlelement zu veranlassen, eine Halbleiterkomponente durch alternierendes Anordnen der Halbleiterkomponente und des Kühlelements von beiden Flächenseiten zu kühlen. Es werden mehrere der Halbleiterkomponenten bereitgestellt. Die Halbleiterkomponente weist ein Halbleiterelement und einen mit dem Halbleiterelement verbundenen Anschluss auf. Zumindest ein Abschnitt des Halbleiterelements führt einen Schaltvorgang aus. Die Halbleiterkomponente weist ein integral ausgebildetes Gehäuse auf, worin ein Plattenmaterial geformt wird, um die Halbleiterkomponente und das Kühlelement voneinander zu isolieren. Das Gehäuse weist einen Erweiterungsabschnitt zum Versiegeln des Anschlusses mit einem Dichtungsmaterial und ferner einen Kühlmediumsweg, der die Kühlelemente miteinander verbindet, oder eine Kühlrippe, die thermisch mit dem Kühlelement verbunden ist, auf.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung können eine Leistungsmodulvorrichtung und eine Leistungswandlungsvorrichtung bereitgestellt werden, die für einen hohen Druck geeignet sind, während die Kühleffizienz aufrechterhalten wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Es zeigen:
  • 1 eine Außenansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 2 eine Seitenansicht und eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 eine Außenansicht und eine Schnittansicht einer Halbleiterkomponente mit einem aufgenommenen Halbleiterelement, welche eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 4 eine Außenansicht und eine Schnittansicht eines Kühlkörpers, der eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 5 eine Schnittansicht eines Anschlussblocks, der eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 6 eine Außenansicht und eine Schnittansicht eines Gehäuses, welches eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 7 eine Ansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des Gehäuses, welches eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 8 eine erste Ansicht des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 9 eine zweite Ansicht des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 10 eine dritte Ansicht des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 11 eine vierte Ansicht des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 12 eine Ansicht eines Verfahrens zur Druckausübung auf die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,
  • 13 eine Ansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gehäuses, welches eine Komponente einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 14 eine Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,
  • 15 eine Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
  • 16 eine Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
  • 17 eine Ansicht zur Beschreibung eines Wärmerohrs, welches eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 18 eine Ansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
  • 19 eine Ansicht zur Beschreibung eines Wärmerohrs, welches eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 20 eine Außenansicht und eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,
  • 21 eine Ansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des Gehäuses, welches eine Komponente der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 22 eine erste Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung,
  • 23 eine zweite Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung,
  • 24 eine dritte Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung,
  • 25 eine vierte Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung und
  • 26 eine Ansicht einer Leistungswandlungsvorrichtung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachstehend werden Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
  • Ausführungsform 1
  • 26 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Als Halbleitermodul nimmt ein Gehäuse 1 eine Halbleiterkomponente 27-1, eine Halbleiterkomponente 27-2 und eine Halbleiterkomponente 27-3 auf. Bei diesem Beispiel besteht die Leistungswandlungsvorrichtung aus zwei Sätzen des Gehäuses 1, einem Kondensator 101 und einem Kondensator 102.
  • Die Halbleiterkomponenten 27-1 (Oberseite) (S1), 27-2 (Oberseite) (S2), 27-2 (Unterseite) (S3) und 27-1 (Unterseite) (S4) sind über einen externen Anschluss 3-2 jedes Gehäuses 1 in Reihe zwischen Gleichspannungsanschlüsse +E und –E geschaltet (die Halbleiterkomponenten 27-1, 27-2 und 27-3 werden gemeinsam als Halbleiterkomponente 27 bezeichnet. Ähnlich werden ”–1”, ”–2” und dergleichen anderen Komponenten gegeben, um anzugeben, dass die Komponenten teilweise eine gemeinsam bezeichnete Komponente bilden). Hier sind die Halbleiterkomponenten 27-1 und 27-2 so ausgelegt, dass sie eine Parallelschaltung eines Schaltelements in der Art eines IGBT und einer Rückflussdiode (in Sperrrichtung geschaltet) aufweisen. Zwischen den Gleichspannungsanschlüssen +E und –E sind die Kondensatoren 101 und 102 in Reihe parallel zu einer Reihenschaltung der Halbleiterkomponente 27 geschaltet. Ein neutraler Anschluss N ist dafür ausgelegt, als eine neutrale Polarität an einem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 101 und 102 zu wirken. Der neutrale Anschluss N und ein Verbindungspunkt zwischen den Halbleiterkomponenten 27-1 (Oberseite) und 27-2 (Oberseite) sind über einen äußeren Anschluss 3-3, der in jedem Gehäuse 1 angeordnet ist, durch die Halbleiterkomponente 27-3 (Oberseite) angeschlossen. Ähnlich ist ein Verbindungspunkt zwischen den Halbleiterkomponenten 27-1 (Unterseite) und 27-2 (Unterseite) durch die Halbleiterkomponente 27-3 (Unterseite) angeschlossen.
  • Die Halbleiterkomponente 27-1 ist über einen inneren Anschluss 28-1-1 und einen inneren Anschluss 28-1-2 mit einem äußeren Anschluss 3-1 bzw. einem inneren Anschluss 28-2-1 der Halbleiterkomponente 27-2 verbunden. Die Halbleiterkomponente 27-2 ist über einen inneren Anschluss 28-2-2 und einen inneren Anschluss 28-2-2 mit dem inneren Anschluss 28-2-1 der Halbleiterkomponente 27-2 bzw. dem äußeren Anschluss 3-2 verbunden. Die Halbleiterkomponente 27-3 ist über einen inneren Anschluss 28-3-1 und einen inneren Anschluss 28-3-2 mit einem Verbindungspunkt zwischen dem inneren Anschluss 28-1-2 der Halbleiterkomponente 27-1 bzw. dem inneren Anschluss 28-2-1 der Halbleiterkomponente 27-2 und dem äußeren Anschluss 3-3 verbunden.
  • Die Halbleiterkomponente 27-3 ist dafür ausgelegt, als Diode zu wirken. Bei dieser Konfiguration werden die Halbleiterkomponenten 27-1 und 27-2 gesteuert, um ein-/ausgeschaltet zu werden, um dadurch selektiv entweder eine Gleichspannung +E, eine neutrale Spannung N oder eine Gleichspannung –E zwischen den Halbleiterkomponenten 27-2 (Oberseite) und 27-2 (Unterseite) auszugeben. Alternativ wird ein zwischen die Halbleiterkomponenten 27-2 (Oberseite) und 27-2 (Unterseite) gelegter Wechselstrom an den Gleichspannungsanschluss +E und den Gleichspannungsanschluss –E als Gleichstrom ausgegeben. Das heißt, dass eine Leistungswandlung ausgeführt wird.
  • 1 zeigt eine Außenansicht der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 2 zeigt eine Seitenansicht und eine Schnittansicht. Vier Kühlkörper 5 sind in einem unteren Abschnitt des Gehäuses 1 angeordnet, und ein Anschlussblock 4 ist in einem oberen Abschnitt des Gehäuses 1 angeordnet. Ein äußerer Anschluss 3 steht auf einer Seitenfläche des Anschlussblocks 4 vor. Der äußere Anschluss 3 ermöglicht das externe und elektrische Anschließen der Leistungswandlungsvorrichtung, so dass sie als Leistungswandlungsvorrichtung wirkt.
  • Mit Bezug auf eine in 2 dargestellte Schnittansicht wird eine innere Struktur der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Gehäuse 1 weist eine dünne Metallplatte auf. Die Querschnittsform des Gehäuses 1 ist derart, dass beide Seitenflächen höher sind als das Dichtungsmaterial 2 und drei Aussparungen bzw. Aushöhlungen oder Vertiefungen im zentralen Abschnitt gebildet sind. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet das Gehäuse 1 eine biegeverarbeitete Aluminiumplatte, deren Dicke etwa 0,1 mm beträgt. Die Halbleiterkomponenten 27, in die das Halbleiterelement aufgenommen ist, sind jeweils in den Aussparungen des Gehäuses 1 angeordnet. Es sind insgesamt drei Halbleiterkomponenten 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement bereitgestellt. In den jeweiligen Halbleiterkomponenten 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement sind ein Halbleiterelement 21, eine Metallschaltung 22, ein Isoliermaterial 23 und ein Wärmeabstrahlungselement 24 übereinander geschichtet, und all diese Elemente sind mit einem Formharz 25 versiegelt. Zusätzlich steht ein Anschluss 26, der elektrisch mit der Metallschaltung 22 verbunden ist, aus dem Formharz 25 vor und ist mit einem inneren Anschluss 28 verbunden, der aus dem Anschlussblock 4 vorsteht. Der innere Anschluss 28 ist mit dem äußeren Anschluss 3 innerhalb des Anschlussblocks 4 verbunden, wodurch es ermöglicht ist, dass eine äußere elektrische Verbindung zum Halbleiterelement 21 hergestellt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der aus dem Formharz 25 der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement vorstehende Anschluss 26 und der aus dem Anschlussblock 4 vorstehende innere Anschluss 28 durch Schweißen fest miteinander verbunden. Zusätzlich sind der aus dem Formharz 25 vorstehende Anschluss 26 und der aus dem Anschlussblock 4 vorstehende innere Anschluss 28 mit dem Dichtungsmaterial 2 versiegelt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann selbst in einem Fall ein ausreichender Druckwiderstand gewährleistet werden, wenn ein Silikongel als das Dichtungsmaterial 2 oder ein hochdruckbeständiges Halbleiterelement verwendet wird. Vier Kühlkörper 5 sind außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet, d. h. auf einer Unterseite des Gehäuses 1, wie in einer Schnittansicht in 2 dargestellt ist, um die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement über das Gehäuse 1 dazwischen anzuordnen. Die Kühlkörper werden auf diese Weise angeordnet, um dadurch zu ermöglichen, dass eine Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement von beiden Flächen gekühlt wird.
  • Bei der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlkörper 5 auf beiden Flächen aller Halbleiterkomponenten 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement angeordnet. Demgemäß kann die innerhalb der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement erzeugte Wärmewirksam abgeführt werden. In diesem Fall stehen die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und der Kühlkörper 5 einander über das dünne Metallgehäuse 1 gegenüber. Weil es kein zwischenstehendes Element mit einem hohen Wärmewiderstand gibt, kann der Wärmewiderstand zwischen der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und dem Kühlkörper 5 minimiert werden. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, kann der Kontaktwiderstand durch Anordnen eines wenig elastischen Körpers mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit oder von Schmiere zwischen der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und dem Gehäuse 1 sowie zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kühlkörper 5 weiter verringert werden. Das Halbleiterelement 21, die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement, der Anschluss 26 und der innere Anschluss 28 sind alle mit dem Formharz 25 oder dem Dichtungsmaterial 2 versiegelt. Selbst bei einer Verwendung der Leistungswandlungsvorrichtung für eine Behandlung einer hohen Spannung kann eine ausreichende Druckwiderstandsfähigkeit gewährleistet werden. Ferner kann selbst in einem Fall, in dem die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement oder der Kühlkörper 5 dünn ist und der Abstand zwischen der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und dem Anschluss 26, die aneinander angrenzen, gering ist, durch die Verwendung eines Silikongels eine ausreichende Druckwiderstandsfähigkeit gewährleistet werden. Daher kann der Platzbedarf für die Leistungswandlungsvorrichtung weiter verringert werden.
  • Mit Bezug auf die 3 bis 6 werden die jeweiligen die Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung bildenden Elemente detailliert beschrieben.
  • 3a zeigt eine Außenansicht der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement, wodurch die Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gebildet ist. Die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement, welche gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist so aufgebaut, dass das Wärmeabstrahlungselement 24 im Mittelabschnitt der Hauptfläche freiliegt, die Anschlüsse 26a und 26b aus dem oberen Abschnitt vorstehen und diese alle mit dem Formharz 25 versiegelt sind. Das Wärmeabstrahlungselement 24 dient der Wärmeübertragung innerhalb der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement zum Kühlkörper 5, während Oberflächenkontakt mit dem Gehäuse 1 besteht. Die vorliegende Ausführungsform verwendet ein sehr flaches Element aus Kupfer. Kupfer hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und kann ferner den Wärmewiderstand zwischen der Halbleiterkomponente 27 und dem Kühlkörper 5 minimieren. Bei den Anschlüssen 26a und 26b ist der Querschnitt des Anschlusses 26a, wodurch ein hoher Strom fließen darf, vergrößert, wodurch die Stromdichte verringert ist. Auf diese Weise kann die Joulesche Wärme verringert werden, die erzeugt wird, wenn Leistung zugeführt wird. Andererseits ist der Querschnitt des steuernden Anschlusses 26b, wodurch kein hoher Strom fließen darf, verringert, wodurch die Leiterkomponente 27 miniaturisiert werden kann.
  • 3b zeigt eine Schnittansicht der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement, welches die Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung bildet. Die Halbleiterkomponente 27 weist ein oder mehrere Halbleiterelemente 1 auf. Die Metallschaltung 22 ist auf beiden Flächen des Halbleiterelements 1 angeordnet, und ein Teil der Halbleiterkomponente 27 dient als Anschluss 26. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden das Halbleiterelement 1 und die Metallschaltung 22 durch Schweißen miteinander verbunden. Zumindest eine Seite in den Metallschaltungen 22, die auf beiden Flächen des Halbleiterelements 1 angeordnet sind, ist so ausgebildet, dass die Dicke des in Kontakt mit dem Halbleiterelement 1 stehenden Abschnitts größer ist als die Dicke anderer Abschnitte. Auf diese Weise kann ein Abstand zwischen den auf beiden Flächen des Halbleiterelements 1 angeordneten Metallschaltungen 22 gewährleistet werden. Dementsprechend kann selbst dann, wenn eine hohe Spannung behandelt wird, eine ausreichende Zuverlässigkeit gewährleistet werden. In der Metallschaltung 22 sind die Isoliermaterialien 23 jeweils auf Flächen angeordnet, die einer dem Halbleiterelement 21 zugewandten Seite entgegengesetzt sind. Das Halbleiterelement 21 und die Metallschaltung 22 sind vom Gehäuse 1 isoliert, wodurch eine Zuverlässigkeit der Schaltung gewährleistet wird. Die Dicke des Isoliermaterials 23 kann abhängig von der zu verwendenden Spannung ausgewählt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für das Isoliermaterial 23 Siliciumnitrid verwendet, dessen Dicke etwa 0,64 mm beträgt. Abhängig vom erforderlichen Druckwiderstand oder Wärmewiderstand können auch andere Keramikmaterialien oder eine Harzlage mit einer isolierenden Eigenschaft verwendet werden. Weil die Wärmeleitfähigkeit des verwendeten Isoliermaterials zunimmt und die Dicke abnimmt, kann der Wärmewiderstand minimiert werden. Beim Isoliermaterial 23 ist das Wärmeabstrahlungselement 24 auf einer Fläche angeordnet, die einer der Metallschaltung 22 gegenüberstehenden Seite entgegengesetzt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nur Kupfer, Siliciumnitrid und Lötmaterial zwischen dem Halbleiterelement 21 und dem Wärmeabstrahlungselement 24 angeordnet. Weil all diese dünnen Elemente mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit sind, kann der Wärmewiderstand zwischen dem Halbleiterelement 21 und dem Wärmeabstrahlungselement 24 minimiert werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für die Metallschaltung 22 oder das Wärmeabstrahlungselement 24 Kupfer verwendet, es können jedoch auch Aluminium oder andere Metallmaterialien verwendet werden. Bei einer Verwendung von Aluminium ist die Wärmeleitfähigkeit geringer als bei Verwendung von Kupfer. Dabei ergibt sich das Merkmal, dass die Elemente leichtgewichtig und einfach zu verarbeiten sind, wenngleich der Wärmewiderstand zunimmt. Die Materialien können abhängig vom Verwendungszweck selektiv eingesetzt werden. Das Halbleiterelement 21, die Metallschaltung 22, das Isoliermaterial 23, das Wärmeabstrahlungselement 24 und der Anschluss 26 werden mit Ausnahme eines Abschnitts für das Wärmeabstrahlungselement und den Anschluss 26 mit dem Formharz 25 versiegelt. All diese werden mit dem Formharz 25 versiegelt, wodurch elektrische Kurzschlüsse verhindert werden und eine Druckwiderstandsfähigkeit gewährleistet wird. Die Differenz zwischen den thermischen Verformungen jeweiliger Elemente beim Betrieb kann verringert werden, und es können Stärke und Zuverlässigkeit gewährleistet werden.
  • 4 zeigt eine Außenansicht und eine Schnittansicht des Kühlkörpers 5 der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Kühlkörper 5 dient dem Kühlen des Halbleiterelements 27, während zwei als Hauptfläche dienende Flächen in Kontakt mit dem Gehäuse stehen. Eine Rippe ist in einer zur Hauptfläche im Wesentlichen orthogonalen Richtung innerhalb des Kühlkörpers 5 angeordnet, wodurch ein Wasserdurchgang 41 gebildet ist. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, sind in beiden Endabschnitten in Längsrichtung des Kühlkörpers 5 ein Wassereinlassanschluss und ein Wasserauslassanschluss für Kühlmittel angeordnet, wodurch das Kühlmittel ein- und ausströmen kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Kupfer als Material für den Kühlkörper verwendet. Weil Kupfer eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann der Wärmewiderstand verringert werden. Abhängig vom Typ des Kühlmittels oder der erforderlichen Wärmeabfuhrwirkung kann ein anderes Material in der Art von Aluminium verwendet werden. Bei einer Verwendung von Aluminium ist die Wärmeleitfähigkeit geringer als bei Verwendung von Kupfer. Dabei ergibt sich das Merkmal, dass der Kühlkörper leichtgewichtig und einfach zu verarbeiten ist, wenngleich der Wärmewiderstand zunimmt. Die Materialien können abhängig vom Verwendungszweck selektiv eingesetzt werden.
  • 5 zeigt eine Außenansicht des Anschlussblocks 4 der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist der Anschlussblock 4 Epoxidharz auf. Der aus Kupfer bestehende äußere Anschluss 3 steht aus dem Anschlussblock 4 heraus, und der aus Kupfer bestehende innere Anschluss 28 steht in den Anschlussblock 4 hinein. Der äußere Anschluss 3 und der innere Anschluss 28 sind innerhalb des Anschlussblocks 4 miteinander gekoppelt.
  • 6 zeigt eine Außenansicht und eine Schnittansicht des Gehäuses 1 der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Gehäuse 1 so gebildet, dass eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von 0,1 mm einem Biegevorgang unterzogen wird. Drei Aussparungen zum Einführen der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement werden im Gehäuse 1 angeordnet, und der Biegevorgang wird so ausgeführt, dass Endabschnitte im Wesentlichen in derselben Ebene angeordnet werden. Dementsprechend leckt selbst dann, wenn flüssiges Silikongel eingespritzt wird, das Gel nicht aus dem Gehäuse 1 und kann das Gehäuse 1 mit dem Silikongel gedichtet werden. Ferner ist ein Abschnitt, der als Wärmeabstrahlungsweg dient, während er der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement oder dem Kühlkörper 5 gegenübersteht, planar und hat eine Form, durch welche sich der Wärmewiderstand wirksam verringern lässt. Zusätzlich hat das Gehäuse 1 eine federartige Form, und es hat eine sehr geringe Steifigkeit in einer Richtung, die zur Fläche senkrecht ist, welche als Wärmeabstrahlungsweg dient und der Halbleiterkomponente 27 oder dem Kühlkörper 5 gegenübersteht, d. h. in einer Richtung, in der Druck auf eine Komponente ausgeübt wird, um den Kontaktwärmewiderstand zu verringern, nachdem die Komponente montiert wurde. Daher behindert die Steifigkeit des Gehäuses 1 nicht die Druckausübung. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Aluminium als Material des Gehäuses 1 verwendet, es können jedoch auch andere Materialien in der Art von Kupfer oder eine Legierung von Aluminium und Kupfer verwendet werden. Bei der Verwendung von Kupfer für das Gehäuse 1 ist die Wärmeleitfähigkeit höher als bei Verwendung von Aluminium. Dementsprechend kann der Wärmewiderstand weiter verringert werden. Andererseits wird die Steifigkeit höher als bei Verwendung von Aluminium. Das Material kann angesichts dieser Merkmale ausgewählt werden.
  • Mit Bezug auf die 7 bis 12 wird ein Verfahren zur Herstellung der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Zuerst wird mit Bezug auf 7 ein Verfahren zur Herstellung des Gehäuses 1 beschrieben. Das Gehäuse 1 wird durch Ausführen eines Biegevorgangs an einer im Wesentlichen rechteckigen dünnen Platte 71 hergestellt. Das Gehäuse 1 kann durch Ausführen eines Senkenbiegens an einem durch eine gepunktete Linie in der Zeichnung angegebenen Abschnitt und Ausführen eines Erhöhungsbiegens an einem strichpunktierten Abschnitt gebildet werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine 0,1 mm dicke Aluminiumplatte für das Material des Gehäuses 1 verwendet. Aluminium, das eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit aufweist, wird verwendet, um den Biegevorgang zu ermöglichen, während ein Brechen während des Vorgangs verhindert wird. Dementsprechend weist das fertige Gehäuse 1 kein Loch auf, aus dem das Silikongel herausleckt, und es weist auch keinen unterbrochenen Abschnitt auf. Bei der dünnen Platte 71 repräsentieren die Abmessungen L1 bis L7 nach dem Biegevorgang jeweils Folgendes: L1 repräsentiert die Breite der Aussparung an der Montageposition der Halbleiterkomponente 27. L2 repräsentiert die Tiefe der Aussparung an der Montageposition der Halbleiterkomponente 27. L3 repräsentiert die Breite an der Installationsposition des Kühlkörpers 5. L4 repräsentiert die Breite eines Endabschnitts des Gehäuses 1 an der Installationsposition des Kühlkörpers 5. L5 repräsentiert die Höhe an einer Kante des Gehäuses 1. L6 repräsentiert die Länge der Aussparung an der Montageposition der Halbleiterkomponente 27. L7 repräsentiert die Abmessung des Gehäuses 1 in Längsrichtung, wenn die Halbleiterkomponente 27 montiert ist. Die Abmessung oder der Biegeabschnitt der dünnen Platte 71 wird abhängig von der Abmessung oder von der Anzahl der zu montierenden Halbleiterkomponenten 27 oder der Kühlkörper festgelegt. Auf diese Weise kann ein Gehäuse entsprechend einer beliebigen Anzahl von Komponenten oder beliebigen Komponentenabmessungen hergestellt werden.
  • Als nächstes werden, wie in 8a dargestellt, vier Kühlkörper 5 Seite an Seite angeordnet, und das Gehäuse 1 wird dazwischen installiert. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, weist jeder der Kühlkörper 5 einen Wassereinlassanschluss und einen Wasserauslassanschluss auf. Die Anschlüsse der jeweiligen Kühlkörper 5 sind durch Rohre verbunden, so dass ein Kühlmittel in alle Kühlkörper 5 strömt. Abhängig vom Verbindungsverfahren kann das Kühlmittel in Reihe oder parallel in die jeweiligen Kühlkörper 5 strömen. Falls das Gehäuse 1 in den vier Kühlkörpern 5 installiert wird, ergibt sich die in 8b dargestellte Form.
  • Als nächstes werden, wie in 9a dargestellt ist, die Halbleiterkomponenten 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement jeweils in den drei Aussparungen des Gehäuses 1 installiert. In diesem Fall gelangt eine Fläche, die als Hauptfläche der Halbleiterkomponente 27 dient und welche dem Wärmeabstrahlungselement 24 ausgesetzt ist, in Kontakt mit einer Fläche des Gehäuses 1, die der Hauptfläche des Kühlkörpers 5 gegenübersteht. Auf diese Weise können die Kühlkörper 5 jeweils auf beiden Flächen der Halbleiterkomponente 27 angeordnet werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, nachdem das Gehäuse 1 im oberen Abschnitt des Kühlkörpers 5 installiert wurde, die Halbleiterkomponente 27 in der Aussparung des Gehäuses 1 installiert. Nachdem die Halbleiterkomponente 27 in der Aussparung des Gehäuses 1 installiert wurde, kann das Gehäuse 1 jedoch im oberen Abschnitt des Kühlkörpers 5 installiert werden.
  • Als nächstes wird, wie in 10 dargestellt ist, der Anschlussblock 4 am oberen Abschnitt des Gehäuses 1 angeordnet. Der Anschluss 26 der Halbleiterkomponente 27 und der innere Anschluss 28 des Anschlussblocks werden durch Schweißen miteinander verbunden.
  • Als nächstes wird, wie in 11 dargestellt ist, ein flüssiges Silikongel vor dem Härten als Dichtungsmaterial 2 an einer Position, an der die Halbleiterkomponente 27 innerhalb des Gehäuses 1 montiert wird, eingespritzt. Das flüssige Silikongel wird so eingespritzt, dass seine flüssige Oberfläche höher liegt als der Anschluss 26 der Halbleiterkomponente 27 oder der innere Anschluss 28 des Anschlussblocks. Auf diese Weise können die Halbleiterkomponente 27, der Anschluss 26 der Halbleiterkomponente 27 und der innere Anschluss 28 des Anschlussblocks versiegelt werden. In diesem Fall wird das Gehäuse 1 einem Biegevorgang unterzogen, so dass Endabschnitte einer Aluminiumblechplatte im Wesentlichen in derselben Ebene angeordnet werden. Falls die Flüssigkeitsoberfläche unter der Ebene der Endabschnitte liegt, leckt das flüssige Silikongel dementsprechend nicht heraus. Nachdem das Silikongel eingespritzt wurde, wird es gehärtet, wodurch die Versiegelung abgeschlossen wird.
  • Schließlich wird, wie in 12 dargestellt ist, eine Hauptfläche, die sich außerhalb der zwei Kühlkörper 5 an beiden Enden befindet, als Druckausübungsfläche 121 verwendet und wird eine Druckkraft 122 auf die Druckausübungsfläche 121 ausgeübt. Auf diese Weise wird der Kontaktwärmewiderstand zwischen der Halbleiterkomponente 27 und dem Gehäuse 1 oder zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kühlkörper 5 verringert. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, verwendet die vorliegende Ausführungsform eine Schraubbefestigung als Druckausübungsverfahren. Es werden zwei Platten außerhalb des Kühlkörpers 5 angeordnet, in denen sich ein Schraubloch befindet, und sie werden durch die Verwendung von vier Bolzen einer Schraubbefestigung unterzogen, wodurch Druck auf die beiden Platten ausgeübt wird.
  • Mit Bezug auf die 1 bis 12 sei bemerkt, dass bei der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, deren Struktur und deren Herstellungsverfahren beschrieben wurden, die Kühlkörper 5 auf beiden Seiten aller das Halbleiterelement aufweisender Halbleiterkomponenten 27 angeordnet sind. Auf diese Weise kann das Halbleiterelement 21 von beiden Flächen wirksam gekühlt werden. Zusätzlich ist die Steifigkeit des Gehäuses 1 in Druckausübungsrichtung gering. Dementsprechend stört die Steifigkeit des Gehäuses 1 den Druckausübungsprozess nicht, wenn der Wärmewiderstand durch die Druckausübung verringert wird. Ferner wird durch den Vorgang des Biegens der dünnen Platte eine Gehäuseform verwirklicht, bei der alle Seiten, welche die äußere Form der dünnen Platte bilden, im Wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet sind. Die Halbleiterkomponente 27 mit der aufgenommenen Leitervorrichtung wird an der als Aussparung dienenden Position angeordnet. Auf diese Weise kann die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement 21 geeignet versiegelt werden, wobei das flüssige Silikongel selbst dann nicht herausleckt, wenn das Silikongel zur Versiegelung eingespritzt wird. Dadurch kann eine Leistungswandlungsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine ausgezeichnete Kühlkapazität oder einen ausgezeichneten Druckwiderstand aufweist.
  • Ausführungsform 2
  • 13 zeigt ein Gehäuse 131 und einen Entwicklungsplan 132 davon, wodurch eine Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gebildet wird. Ein Punkt, der sich vom gemäß Ausführungsform 1 verwendeten Gehäuse 1 unterscheidet, ist Folgender: Während das gemäß Ausführungsform 1 verwendete Gehäuse 1 drei Aussparungen zur Anordnung der Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement aufweist, weist das gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendete Gehäuse 131 zwei Aussparungen auf. Daher ist verglichen mit dem Entwicklungsplan des Gehäuses 1, wie in 7 dargestellt, beim Entwicklungsplan 132 des Gehäuses 131 die Längsabmessung der Aluminiumplatte vor dem Biegevorgang geringer und sind weniger Biegeabschnitte bereitgestellt. Auf diese Weise wird beim für die Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten Gehäuse die Abmessung oder der Biegeabschnitt der zu verwendenden Aluminiumplatte ausgewählt. Auf diese Weise kann für das Gehäuse eine Form verwendet werden, welche der Anzahl oder der Abmessung der zu installierenden Halbleiterkomponenten 27 entspricht. Dieser Punkt ist ein Hauptmerkmal der Erfindung.
  • Mit Bezug auf 14 wird ein Verfahren zur Herstellung der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Drei Kühlkörper 5 werden Seite an Seite angeordnet, und das Gehäuse 132 wird dazwischen installiert. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, hat jeder der Kühlkörper 5 ähnlich Ausführungsform 1 einen Wassereinlassanschluss und einen Wasserauslassanschluss. Die Anschlüsse der jeweiligen Kühlkörper 5 sind durch Rohre verbunden, so dass ein Kühlmittel in alle Kühlkörper strömt. Als nächstes werden die jeweiligen Halbleiterkomponenten 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement in zwei Aussparungen des Gehäuses 132 installiert. In diesem Fall wird der Kühlkörper 5 so angeordnet, dass eine Fläche, die als Hauptfläche der Halbleiterkomponente 27 dient und von der das Wärmeabstrahlungselement 24 freigelegt ist, in Kontakt mit einer Fläche des Gehäuses 1 gelangt, welche der Hauptfläche des Kühlkörpers 5 gegenübersteht. Auf diese Weise kann der Kühlkörper 5 auf beiden Flächen der Halbleiterkomponente 27 angeordnet werden. Das anschließende Herstellungsverfahren gleicht jenem gemäß Ausführungsform 1. Der Anschlussblock 4 wird im oberen Abschnitt des Gehäuses 132 angeordnet. Der Anschluss 26 der Halbleiterkomponente 27 und der innere Anschluss 28 des Anschlussblocks werden durch Schweißen miteinander verbunden. Flüssiges Silikongel wird vor dem Härten als Dichtungsmaterial 2 in das Gehäuse 132 eingespritzt und gehärtet, wodurch die Leistungswandlungsvorrichtung fertig gestellt wird.
  • Gemäß Ausführungsform 1 beinhaltet die Leistungswandlungsvorrichtung die drei Halbleiterkomponenten 27. Dagegen beinhaltet gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Leistungswandlungsvorrichtung zwei Halbleiterkomponenten 27. Die Bedingungen hinsichtlich der für die Leistungswandlungsvorrichtung verwendeten Spannung oder des dafür verwendeten Stroms unterscheiden sich von jenen gemäß Ausführungsform 1. Auf diese Weise werden bei der erfindungsgemäßen Leistungswandlungsvorrichtung die gleichen Halbleiterkomponenten 27 und Kühlkörper 5 präpariert und wird die Anzahl der zu verwendenden Elemente frei festgelegt. Auf diese Weise kann die Leistungswandlungsvorrichtung so konfiguriert werden, dass sie für eine vorgesehene Verwendung geeignet ist. Daher kann bei Verwendung der gleichen Halbleiterkomponenten 27 ein breites Spektrum entsprechend verschiedenen vorgesehenen Anwendungen gebildet werden.
  • Ausführungsform 3
  • 15 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Ein Punkt, welcher die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform unterscheidet, ist Folgender: Wie in 15a gezeigt ist, werden drei Halbleiterkomponenten 27 am Gehäuse 1 montiert. Wie in 15b dargestellt ist, wird ein Anschlussblock (nicht dargestellt) installiert und mit Silikongel (Kontur ist dargestellt) versiegelt, und das Gel wird gehärtet. Anschließend wird, wie in 15c dargestellt ist, ein trapezförmiges Gebiet an. beiden Längsendabschnitten des Gehäuses abgeschnitten. Das trapezförmige Gebiet an beiden Längsendabschnitten des Gehäuses soll ein Lecken beim Einspritzen eines flüssigen Silikongels verhindern. Nach dem Härten des Silikongels tritt jedoch selbst dann kein Leck auf, wenn das Gebiet abgetrennt wird. Weil das Gebiet abgetrennt wird, kann das dann verwendete Gehäuse miniaturisiert werden und kann auch der Kühlkörper miniaturisiert werden. Dementsprechend kann die gesamte Leistungswandlungsvorrichtung miniaturisiert werden. Andererseits muss ein Vorgang zum Schneiden des Gehäuses und des gehärteten Silikongels ausgeführt werden. Daher kann abhängig vom Zweck der Miniaturisierung und zur Verkürzung des Verfahrens Ausführungsform 3 getrennt von Ausführungsform 1 verwendet werden.
  • Ausführungsform 4
  • 16 zeigt eine Außenansicht einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Ein Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Kühlung unter Verwendung eines Wärmerohrs 161 an Stelle des wassergekühlten Kühlkörpers 5 ausgeführt wird. 17 zeigt das gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendete Wärmerohr 161. Ein Rohrabschnitt 172, worin sich eine Flüssigkeit befindet, steht aus einem Kontaktabschnitt 171 zwischen dem Wärmerohr und dem Gehäuse vor, und eine Kühlrippe 173 ist mit dem vorstehenden Abschnitt verbunden. Bei der in 16 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung sind auf beiden Seiten der Halbleiterkomponente 27 über das Gehäuse 1 vier Wärmerohre 161 und der Kontaktabschnitt 171 zwischen dem Wärmerohr und dem Gehäuse angeordnet, wobei die Halbleiterkomponente 27 von beiden Flächen gekühlt wird. In der Zeichnung ist das Wärmerohr 161 unterhalb der Leistungswandlungsvorrichtung angeordnet, das Wärmerohr befindet sich während des Betriebs jedoch oberhalb der Leistungswandlungsvorrichtung. Dadurch befindet sich die Flüssigkeit innerhalb des Rohrabschnitts 172 in der Nähe der Halbleiterkomponente 27 und wird durch die Wärmeerzeugung der Halbleiterkomponente 27 verdampft. Der Dampf bewegt sich in die Nähe der Kühlrippe 173 und wird gekühlt und verflüssigt. Die Flüssigkeit bewegt sich wieder in die Nähe der Halbleiterkomponente 27. Dieser Zyklus wird wiederholt, wodurch die Halbleiterkomponente 27 gekühlt wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden vier Wärmeröhren 161 verwendet, diese Wärmeröhren 161 können jedoch an einer Position der Kühlrippe 173 angeschlossen werden. In diesem Fall nimmt die Steifigkeit unvermeidlich zu, während Handhabungen in der Art von Montagearbeiten vereinfacht werden. Daher muss die Form der Kühlrippe 173 beachtet werden, um die Druckausübung nicht zu behindern.
  • Bei der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung sind die Halbleiterkomponente, die Drähte und ein Kühlabschnitt durch das Gehäuse 1 voneinander getrennt. Dementsprechend besteht ein Hauptmerkmal darin, dass die vorliegende Ausführungsform ein anderes Kühlverfahren verwendet, ohne die Halbleiterkomponente oder die Drähte zu ändern. Die vorliegende Ausführungsform verwendet ein Kühlverfahren unter Verwendung des Wärmerohrs. Abhängig von der erforderlichen Kühlkapazität kann die vorliegende Ausführungsform jedoch auch andere Kühlverfahren in der Art eines Luftkühlverfahrens verwenden. Selbst in einem Fall, in dem ein Kühlverfahren verwendet wird, kann die Halbleiterkomponente 27 von beiden Flächen gekühlt werden.
  • Ausführungsform 5
  • 18 zeigt eine Außenansicht einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Ebenso wie gemäß der vierten Ausführungsform erfolgt die Kühlung unter Verwendung des Wärmerohrs 161. Im Gegensatz zur vierten Ausführungsform ist das Wärmerohr 161 jedoch horizontal zur Leistungswandlungsvorrichtung angeordnet. Gemäß der vierten Ausführungsform ist das Wärmerohr 161 in Abwärtsrichtung zur Leistungswandlungsvorrichtung angeordnet. Beim Betrieb muss das Wärmerohr auf der Oberseite angeordnet werden. Dementsprechend muss die Gesamtvorrichtung erheblich gedreht werden. Falls die Gesamtvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform etwas gedreht wird, wird durch die leichte Drehung eine Wärmerohrfunktion bereitgestellt. Falls für den Rohrabschnitt 172 des Wärmerohrs 161 ferner eine ”V-Form” verwendet wird, braucht die Leistungswandlungsvorrichtung nicht gedreht zu werden. Die Spitze des Rohrabschnitts des Wärmerohrs 161 wird über dem Basisabschnitt angeordnet. Hierdurch kann die Funktion des Wärmerohrs bereitgestellt werden. Der Grund hierfür ist Folgender: Die Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung hat die Eigenschaft, dass an einer Position, wo der Kontaktabschnitt 171 des Wärmerohrs 161 zwischen dem Wärmerohr und dem Gehäuse in Kontakt mit dem Gehäuse 1 gebracht wird, das Gehäuse 1 nicht nur in Abwärtsrichtung, sondern auch in seitlicher Richtung geführt wird und dass das Rohr 172 des Wärmerohrs 161 nicht nur in Abwärtsrichtung, sondern auch in seitlicher Richtung geführt wird. Auf diese Weise hat die Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Eigenschaft, dass die Form der zu montierenden Kühlkomponenten frei ausgewählt werden kann. Bei Verwendung der vorliegenden Ausführungsform, wie in 19 dargestellt, muss verhindert werden, dass die Kühlrippe 173 und das Gehäuse 1 in Kontakt miteinander geraten, indem der Abstand zwischen dem Kontaktabschnitt 171 und dem Wärmerohr sowie der Abstand zwischen dem Gehäuse und der Kühlrippe 173 größer gewählt werden als gemäß der vierten Ausführungsform. Diese Ausführungsformen können abhängig von der Form des Installationsraums der Leistungswandlungsvorrichtung oder von der Luftströmung ausgewählt werden.
  • Ausführungsform 6
  • 20 zeigt eine Außenansicht und eine Schnittansicht einer Leistungswandlungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die Außenansicht gleicht jener gemäß Ausführungsform 1. Ein Unterschied gegenüber Ausführungsform 1 ist Folgender: In der Schnittansicht weist die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement kein Formharz 25 auf, und das gesamte Versiegeln wird ausschließlich unter Verwendung des Dichtungsmaterials 2 in Form von Silikongel ausgeführt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Harzformen nicht erforderlich, wenn die Halbleiterkomponente 27 mit dem aufgenommenen Halbleiterelement hergestellt wird. Dementsprechend kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Zusätzlich kann die äußere Abmessung der Halbleiterkomponente 27 minimiert werden, weil ein großer Teil des Formharzes fortgelassen ist. Daher wird die gesamte Leistungswandlungsvorrichtung wirksam miniaturisiert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die äußere Abmessung des Isoliermaterials 23 größer werden als jene der Metallschaltung 22. Auf diese Weise gelangen selbst dann, wenn das Formharz 25 nicht bereitgestellt wird, bei der Installation der Halbleiterkomponente 27 im Gehäuse 1 das Gehäuse 1 und die Metallschaltung 22 nicht in Kontakt miteinander und kann ein elektrischer Kurzschluss verhindert werden. Ferner kann nach dem Einspritzen des Silikongels ein ausreichender Druckwiderstand gewährleistet werden. Das Halbleiterelement 21 oder die Metallschaltung 22 wird jedoch nicht mit dem Formharz 25 versiegelt. Dementsprechend muss darauf geachtet werden, thermische Spannungen zu verringern, die durch unterschiedliche thermische Verformungen der jeweiligen Elemente infolge eines Temperaturanstiegs während des Betriebs hervorgerufen werden. Zur Verringerung unterschiedlicher thermischer Verformungen der jeweiligen Elemente ist es wirksam, Molybdän oder Wolfram zu verwenden, dessen linearer Ausdehnungskoeffizient vom Halbleiterelement 21, zumindest für einen Teil der Metallschaltung 22, weniger verschieden ist. Zusätzlich ist es zum Verringern thermischer Spannungen auch wirksam, Kohlenstoff oder ein Kohlenstoff enthaltendes Verbundmaterial für einen Teil der Metallschaltung 22 zu verwenden.
  • Mit Bezug auf die 21 bis 25 wird ein Verfahren zur Herstellung der Leistungswandlungsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des Gehäuses 1, wie in 21 dargestellt, gleicht jenem gemäß Ausführungsform 1. Weil die äußere Abmessung der Halbleiterkomponente 27 kleiner wird, kann das Gehäuse 1 jedoch miniaturisiert werden. Als nächstes wird das Gehäuse 1, wie in 22 dargestellt, im Kühlkörper 5 installiert. Weil die äußere Abmessung der Halbleiterkomponente 27 kleiner wird, kann auch der Kühlkörper 5 miniaturisiert werden. Als nächstes wird, wie in 23 dargestellt ist, die Halbleiterkomponente 27 im Gehäuse 1 installiert. In diesem Fall wird die Halbleiterkomponente 27 nicht geformt und wird die Metallschaltung 22 oder das Halbleiterelement 21 freigelegt. Dementsprechend muss bei der Handhabung sorgfältig vorgegangen werden. Als nächstes wird, wie in 24 dargestellt, der Anschlussblock 4 im oberen Abschnitt des Gehäuses 1 installiert und werden die Anschlüsse 26 und 28 miteinander verbunden. Als nächstes wird ein flüssiges Silikongel in das Gehäuse 1 eingespritzt, und das Gel wird gehärtet. Auf diese Weise werden das Halbleiterelement 21, die Metallschaltung 22 und der Anschluss 26 alle versiegelt. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, wird schließlich Druck auf den Kühlkörper 5 ausgeübt, wodurch die Herstellung der Leistungswandlungsvorrichtung abgeschlossen wird.
  • Wie mit Bezug auf die vorstehenden Ausführungsformen beschrieben wurde, kann eine Aufgabe folgendermaßen gelöst werden. Eine im Wesentlichen rechteckige dünne Platte wird einem Erhöhungsbiegen und einem Vertiefungsbiegen unterzogen, um eine Form zu erzeugen, bei der die Anzahl der Aussparungen so groß ist wie die Anzahl der montierten Halbleiterkomponenten mit dem aufgenommenen Halbleiterelement. Gleichzeitig wird eine laterale Seite in der zur vorstehend beschriebenen Biegerichtung orthogonalen Richtung gebogen, um das Gehäuse zu erhalten, bei dem alle die äußere Form der dünnen Platte bildenden Kanten im Wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet sind. Die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement wird an einer als Aussparung des Gehäuses dienenden Position angeordnet. Die Kühlvorrichtungen werden so angeordnet, dass die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement über das Gehäuse dazwischen angeordnet wird. Die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement wird mit einem Silikongel versiegelt. Zusätzlich wird das Gehäuse vorzugsweise so gebildet, dass es ein Metall aufweist, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Bevorzugter wird das Gehäuse so gebildet, dass es Aluminium, Kupfer oder eine Legierung, deren Hauptkomponenten diese beiden sind, aufweist.
  • In der Kühlvorrichtung werden mehrere unabhängige Kühlmodule auf beiden Seiten der Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement angeordnet, und die jeweiligen Kühlmodule werden an einem Verbindungsabschnitt mit geringer Steifigkeit in Druckausübungsrichtung verbunden. Ferner wird das Stützelement für den Anschlussblock in einem Seitenteil der Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement angeordnet, um den Anschlussblock zu stützen. In diesem Fall wird die Dicke des Stützelements für den Anschlussblock auf einen kleineren Wert gelegt als die Dicke der Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement.
  • Gemäß dieser Konfiguration können die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und die Kühlvorrichtung alternierend angeordnet werden. Dementsprechend kann das Halbleiterelement von beiden Flächen wirksam gekühlt werden. Zusätzlich nimmt die Steifigkeit des Gehäuses in der Richtung ab, in der die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und die Kühlvorrichtung alternierend angeordnet sind. Dementsprechend tritt bei einer Verringerung des Wärmewiderstands durch Ausüben von Druck auf einen Abschnitt zwischen der Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und der Kühlvorrichtung keine Interferenz zwischen der Steifigkeit des Gehäuses und der Druckausübung auf. Ferner wird durch den Vorgang des Biegens der dünnen Platte eine Gehäuseform verwirklicht, beider alle Kanten im Wesentlichen auf derselben Ebene angeordnet sind. Die Halbleiterkomponente mit der aufgenommenen Leitervorrichtung wird an der als Aussparung dienenden Position angeordnet. Dementsprechend kann die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement geeignet versiegelt werden, während das Dichtungsmaterial in der Art flüssigen Silikongels selbst beim Einspritzen des Silikongels nicht herausleckt. Daher kann eine Leistungswandlungsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine ausgezeichnete Kühlkapazität oder Druckbeständigkeit aufweist.
  • Ferner kann verhindert werden, dass die Kühlvorrichtung oder das Stützelement für den Anschlussblock die Druckausübung auf die Halbleiterkomponente mit dem aufgenommenen Halbleiterelement und die Kühlvorrichtung verhindert. Daher kann eine geeignete Druckausübung verwirklicht werden.
  • Die Erfindung wurde vorstehend detailliert mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben. Natürlich ist die Erfindung jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Schutzumfangs auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    GEHÄUSE
    2
    DICHTUNGSMATERIAL
    3
    ÄUSSERER ANSCHLUSS
    4
    ANSCHLUSSBLOCK
    5
    KÜHLKÖRPER
    21
    HALBLEITERELEMENT
    22
    METALLSCHALTUNG
    23
    ISOLIERMATERIAL
    24
    WÄRMEABSTRAHLUNGSELEMENT
    25
    FORMHARZ
    26, 26a, 26b
    ANSCHLUSS DER HALBLEITERKOMPONENTE MIT AUFGENOMMENEM HALBLEITERELEMENT
    27
    HALBLEITERKOMPONENTE MIT AUFGENOMMENEM HALBLEITERELEMENT
    28
    INNERER ANSCHLUSS
    41
    WASSERDURCHGANG
    71
    DÜNNE PLATTE VOR DEM GEHÄUSEBIEGEVORGANG
    L1
    BIEGEABMESSUNG DER DÜNNEN PLATTE
    L2
    BIEGEABMESSUNG DER DÜNNEN PLATTE
    L3
    BIEGEABMESSUNG DER DÜNNEN PLATTE
    L4
    BIEGEABMESSUNG DER DÜNNEN PLATTE
    L5
    BIEGEABMESSUNG DER DÜNNEN PLATTE
    L6
    BIEGEABMESSUNG DER DÜNNEN PLATTE
    L7
    BIEGEABMESSUNG DER DÜNNEN PLATTE
    121
    DRUCKAUSÜBUNGSFLÄCHE
    122
    DRUCKKRAFT
    131
    GEHÄUSE GEMÄSS AUSFÜHRUNGSFORM 2
    132
    GEHÄUSEENTWICKLUNGSPLAN GEMÄSS AUSFÜHRUNGSFORM 2
    161
    WÄRMEROHR
    171
    KONTAKTABSCHNITT ZWISCHEN WÄRMEROHR UND GEHÄUSE
    172
    ROHRABSCHNITT DES WÄRMEROHRS
    173
    KÜHLRIPPENABSCHNITT DES WÄRMEROHRS

Claims (8)

  1. Leistungsmodulvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, ein Kühlelement zu veranlassen, eine Halbleiterkomponente durch alternierendes Anordnen der Halbleiterkomponente und des Kühlelements von beiden Flächenseiten zu kühlen, wobei eine Anzahl der Halbleiterkomponenten bereitgestellt ist, wobei die Halbleiterkomponente ein Halbleiterelement und einen mit dem Halbleiterelement verbundenen Anschluss aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des Halbleiterelements einen Schaltvorgang ausführt, wobei die Halbleiterkomponente ein integral ausgebildetes Gehäuse aufweist, worin ein Plattenmaterial geformt wird, um die Halbleiterkomponente und das Kühlelement voneinander zu isolieren, und wobei das Gehäuse einen Erweiterungsabschnitt zum Versiegeln des Anschlusses mit einem Dichtungsmaterial aufweist und ferner einen Kühlmediumsweg, welcher die Kühlelemente miteinander verbindet, oder eine Kühlrippe, die thermisch mit dem Kühlelement verbunden ist, aufweist.
  2. Leistungsmodulvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse durch Ausführen eines Biegevorgangs an einer dünnen Platte geformt wird.
  3. Leistungsmodulvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse aus Aluminium oder Kupfer als Hauptkomponente besteht.
  4. Leistungsmodulvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest eine der Halbleiterkomponenten ein auf beiden Hauptflächen des Halbleiterelements angeordnetes Wärmeabstrahlungselement aufweist.
  5. Leistungsmodulvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Anzahl der Kühlelemente um eins größer ist als die Anzahl der Halbleiterkomponenten.
  6. Leistungsmodulvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kühlelement ein Wärmerohr aufweist.
  7. Leistungsmodulvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Halbleiterkomponente in einem Vertiefungsabschnitt im Gehäuse angeordnet ist.
  8. Leistungswandlungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, ein Kühlelement zu veranlassen, eine Halbleiterkomponente durch alternierendes Anordnen der Halbleiterkomponente und des Kühlelements von beiden Flächenseiten zu kühlen, wobei eine Anzahl der Halbleiterkomponenten bereitgestellt ist, wobei die Halbleiterkomponente ein Halbleiterelement und einen mit dem Halbleiterelement verbundenen Anschluss aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des Halbleiterelements einen Schaltvorgang ausführt, wobei die Halbleiterkomponente ein integral ausgebildetes Gehäuse aufweist, worin ein Plattenmaterial geformt wird, um die Halbleiterkomponente und das Kühlelement voneinander zu isolieren, wobei das Gehäuse einen Erweiterungsabschnitt zum Versiegeln des Anschlusses mit einem Dichtungsmaterial aufweist und ferner einen Kühlmediumsweg, welcher die Kühlelemente miteinander verbindet, oder eine Kühlrippe, die thermisch mit dem Kühlelement verbunden ist, aufweist, und wobei der Schaltvorgang gesteuert wird, um eine Leistungswandlung auszuführen.
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