DE112016000158T5 - Leistungshalbleitermodul, strömungspfadbauteil und leistungshalbleitermodulstruktur - Google Patents

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Takahiro Koyama
Hiromichi GOHARA
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Die Erfindung umfasst eine Metallbasisplatte mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche und ein Kühlgehäuse mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die um die Bodenwand ausgebildet ist, wobei ein Ende der Seitenwand mit einer Seite der zweiten Oberfläche der Metallbasisplatte verbunden ist, und ein Kühlmittel in einem Raum umgewälzt werden kann, der durch die Metallbasisplatte, die Bodenwand und die Seitenwand umschlossen ist, wobei das Kühlgehäuse einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt für das Kühlmittel aufweist, die entweder mit der Bodenwand oder der Seitenwand verbunden sind und entlang einer Umfangskante der zweiten Oberfläche der Metallbasisplatte angeordnet sind, und einen ersten Flansch, der auf einer Einlasskanalseite des Einlassabschnitts angeordnet ist, und einen zweiten Flansch, der auf einer Auslasskanalseite des Auslassabschnitts angeordnet ist, umfasst.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleitermodul mit einem Kühler, der ermöglicht, dass ein Kühlmittel zum Kühlen eines Halbleiterelements zirkuliert und strömt, ein Strömungspfadbauteil, das mit dem Leistungshalbleitermodul kombiniert werden soll, und eine Leistungshalbleitermodulstruktur.
  • STAND DER TECHNIK
  • In einer Vorrichtung unter Verwendung eines Motors, wie z. B. typischerweise einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug, wird eine Leistungsumsetzungsvorrichtung verwendet, um Energie zu sparen. In einer solchen Leistungsumsetzungsvorrichtung wird umfangreich ein Leistungshalbleitermodul verwendet. Ein solches Leistungshalbleitermodul umfasst ein Leistungshalbleiterelement zum Steuern eines hohen Stroms.
  • Das Leistungshalbleiterelement weist eine große Wärmeerzeugungsmenge auf, wenn es einen hohen Strom steuert. Ferner wurde eine Verringerung der Größe und des Gewichts des Leistungshalbleitermoduls verlangt und es besteht eine Tendenz, dass die Ausgangsdichte zunimmt, so dass im Leistungshalbleitermodul mit den mehreren Leistungshalbleiterelementen ein Kühlverfahren davon die Leistungsumsetzungseffizienz beeinflusst.
  • Um eine Kühleffizienz des Leistungshalbleitermoduls zu verbessern, gibt es ein Leistungshalbleitermodul, das einen Kühlkörper vom Flüssigkühltyp umfasst, wobei der Kühlkörper erzeugte Wärme des Leistungshalbleiterelements kühlt. Ein solcher Kühlkörper des Leistungshalbleitermoduls umfasst: eine Metallbasisplatte, die erzeugte Wärme des Leistungshalbleiterelements überträgt, einen Wärmeableiter, der mit einer hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte verbunden ist; und ein Kühlgehäuse, das mit der Metallbasisplatte verbunden ist und den Wärmeableiter aufnimmt und eine solche Konfiguration aufweist, dass es in der Lage ist, ein Kühlmittel in einem Raum im Kühlgehäuse durch einen Einlasskanal und einen Auslasskanal zirkulieren zu lassen, die am Kühlkörper vorgesehen sind (Patentdokument 1). An dem Einlasskanal und dem Auslasskanal ist beispielsweise ein Stutzen befestigt und ein externes Rohr oder ein externer Schlauch ist jeweils angeschlossen.
  • In einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug ist ein Raum zum Montieren des Leistungshalbleitermoduls begrenzt. Folglich gibt es Fälle, dass das Montieren des Leistungshalbleitermoduls und das Befestigen des externen Rohrs am Einlasskanal und am Auslasskanal des Kühlgehäuses nicht leicht ist. Ferner müssen ein Vorgang zum Montieren des Leistungshalbleitermoduls und ein Vorgang zum Befestigen des externen Rohrs am Einlasskanal und am Auslasskanal des Kühlgehäuses separat durchgeführt werden, so dass die Vorgänge viel Arbeit erfordern.
  • Mit Bezug auf ein Kühlelement des Leistungshalbleitermoduls gibt es eines, das eine Verbindungsplatte an einem Einlassdurchgang und einem Auslassdurchgang umfasst, um die Verbindung mit einem zusätzlichen Kühlelement oder einer Anschlussendplatte zu erleichtern (Patentdokument 2). In einem solchen Kühlelement sind jedoch der Einlassdurchgang und der Auslassdurchgang an einer Seitenoberfläche einer Kunststoffbasis mit einer oberen Oberfläche, an die das Halbleitermodul angefügt ist, vorgesehen, so dass das Halbleitermodul, an dem das Kühlelement befestigt ist, voluminös wird. Da die Verbindungsplatte des Kühlelements nicht mit einem externen Rohr verbunden werden soll, war überdies die Leichtigkeit der Befestigung des externen Rohrs nicht ausreichend. Ferner bleibt ein Problem, dass ein Vorgang der Montage des Leistungshalbleitermoduls an einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug oder dergleichen und ein Vorgang der Befestigung des externen Rohrs am Einlassdurchgang und Auslassdurchgang des Kühlelements separat durchgeführt werden müssen.
  • DOKUMENTE DES STANDES DER TECHNIK
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2012-64609
    • Patentdokument 2: japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung Veröffentlichung Nr. JP-T-2013-513240
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Angelegenheiten durchgeführt und hat eine Aufgabe, ein Leistungshalbleitermodul zu schaffen, das die Verbindung mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal eines Kühlkörpers des Leistungshalbleitermoduls erleichtern kann und auch einen Vorgang der Montage des Leistungshalbleitermoduls, eines Strömungspfadbauteils, das mit dem Leistungshalbleitermodul kombiniert werden soll, und einer Leistungshalbleitermodulstruktur erleichtern kann.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
  • Um die Aufgabe, wie vorstehend beschrieben, zu erreichen, wird als Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Leistungshalbleitermodul, wie nachstehend beschrieben, geschaffen.
  • Das Leistungshalbleitermodul umfasst: eine Metallbasisplatte mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche; ein mehrlagiges Substrat, das mit der ersten Oberfläche verbunden ist und eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche umfasst; ein Halbleiterelement, das auf der dritten Oberfläche getragen ist; ein Harzgehäuse, das auf der Seite der ersten Oberfläche der Metallbasisplatte angeordnet ist und das mehrlagige Substrat und das Halbleiterelement umgibt; und ein Kühlgehäuse. Das Kühlgehäuse umfasst eine Bodenwand und eine Seitenwand, die um die Bodenwand ausgebildet ist, wobei ein Ende der Seitenwand mit der Seite der zweiten Oberfläche der Metallbasisplatte verbunden ist, und ein Kühlmittel in einem Raum zirkulieren kann, der durch die Metallbasisplatte, die Bodenwand und die Seitenwand umschlossen ist. Das Kühlgehäuse weist einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt für das Kühlmittel auf, wobei der Einlassabschnitt und der Auslassabschnitt entweder mit der Bodenwand oder der Seitenwand verbunden sind und entlang einer Umfangskante der zweiten Oberfläche der Metallbasisplatte angeordnet sind, wobei das Kühlgehäuse einen ersten Flansch, der auf einer Einlasskanalseite des Einlassabschnitts angeordnet ist, und einen zweiten Flansch, der auf einer Auslasskanalseite des Auslassabschnitts angeordnet ist, umfasst.
  • Um die Aufgabe, wie vorstehend beschrieben, zu erreichen, wird als andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Strömungspfadbauteil, wie nachstehend beschrieben, geschaffen.
  • Das Strömungspfadbauteil wird mit dem Leistungshalbleitermodul kombiniert, wie vorstehend beschrieben. Das Leistungshalbleitermodul umfasst: eine Metallbasisplatte; und ein Kühlgehäuse mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die um die Bodenwand ausgebildet ist, wobei ein Ende der Seitenwand mit einer hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte verbunden ist, derart, dass ein Kühlmittel in einem Raum zirkulieren kann, der durch die Metallbasisplatte, die Bodenwand und die Seitenwand umschlossen ist. Ferner weist das Kühlgehäuse einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt für das Kühlmittel auf, die mit entweder der Bodenwand oder der Seitenwand verbunden sind und entlang einer Umfangskante der hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte angeordnet sind, wobei das Kühlgehäuse einen ersten Flansch, der auf einer Einlasskanalseite des Einlassabschnitts angeordnet ist, und einen zweiten Flansch, der auf einer Auslasskanalseite des Auslassabschnitts angeordnet ist, umfasst. Das Strömungspfadbauteil umfasst einen ersten Verbindungsabschnitt, der mit dem ersten Flansch verbunden werden kann, einen zweiten Verbindungsabschnitt, der mit dem zweiten Flansch verbunden werden kann, einen ersten Strömungspfad, der mit dem ersten Verbindungsabschnitt verbunden ist und das Kühlmittel zirkulieren kann, und einen zweiten Strömungspfad, der mit dem zweiten Verbindungsabschnitt verbunden ist und das Kühlmittel zirkulieren kann, und kann so angeordnet werden, dass es einer unteren Oberfläche des Kühlgehäuses zugewandt ist.
  • Eine Leistungshalbleitermodulstruktur der vorliegenden Erfindung, in der das Leistungshalbleitermodul, wie vorstehend beschrieben, und das Strömungspfadbauteil, wie vorstehend beschrieben, miteinander kombiniert sind, schafft eine Ausführungsform, wie nachstehend beschrieben.
  • Die Leistungshalbleitermodulstruktur besteht aus dem Leistungshalbleitermodul und dem Strömungspfadbauteil, die miteinander kombiniert sind.
  • WIRKUUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß dem Leistungshalbleitermodul der vorliegenden Erfindung kann die Verbindung mit einem Einlasskanal und einem Auslasskanal eines Kühlkörpers des Leistungshalbleitermoduls erleichtert werden und ein Vorgang der Montage des Leistungshalbleitermoduls kann auch erleichtert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Aussehen einer Ausführungsform eines Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls von 1 von einer hinteren Oberfläche gesehen.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls von 1 in auseinandergezogener Anordnung.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV von 1.
  • 5 ist eine Draufsicht des Leistungshalbleitermoduls von 1.
  • 6 ist ein Schaltplan einer Wechselrichterschaltung des Leistungshalbleitermoduls von 1.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Strömungspfadbauteils der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer Leistungshalbleitermodulstruktur der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Leistungshalbleitermodulstruktur von 8.
  • 10A ist eine perspektivische Ansicht eines Aussehens einer anderen Ausführungsform des Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung von oben gesehen.
  • 10B ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens einer anderen Ausführungsform des Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung von einer Seite der hinteren Oberfläche gesehen.
  • 11A ist eine perspektivische Ansicht eines Aussehens eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls von oben gesehen.
  • 11B ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens des herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls von einer Seite der hinteren Oberfläche gesehen.
  • 12 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform des Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung.
  • 13 ist ein Schaltplan einer Wechselrichterschaltung des Leistungshalbleitermoduls von 12.
  • 14 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform des Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung.
  • 15 ist ein Graph, der ein Messergebnis einer Spitzenspannung angibt.
  • 16 ist ein Graph, der ein Messergebnis einer Spitzenspannung angibt.
  • ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsformen eines Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen speziell beschrieben. Die Begriffe, die solche Richtungen wie ”obere”, ”untere”, ”Boden”, ”vordere” und ”hintere” angeben, werden mit Bezug auf die Richtungen in den begleitenden Zeichnungen verwendet.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Aussehen einer Ausführungsform eines Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls von 1 von einer Seite der hinteren Oberfläche gesehen. Ein Leistungshalbleitermodul 1, wie in 1 und 2 dargestellt, ist ein Leistungshalbleitermodul vom 6-in-1-Typ, das eine Wechselrichterschaltung bildet. Das Leistungshalbleitermodul 1 umfasst eine Metallbasisplatte 12, ein Harzgehäuse 11, das einen Halbleiterchip 16 aufnimmt, wobei eine untere Oberfläche an eine vordere Oberfläche der Metallbasisplatte 12 gebondet ist, und ein Kühlgehäuse 13, das mit einer hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte 12 verbunden ist.
  • Vom Inneren des Harzgehäuses 11 und entlang eines Umfangs einer oberen Oberfläche des Harzgehäuses 11 stehen externe Anschlüsse 14A–14E vor. Ferner ist das Harzgehäuse 11 mit Durchgangslöchern 11a versehen, die in der Dickenrichtung davon durchdringen. Insgesamt acht Durchgangslöcher 11a sind in der Nähe beider Enden eines Längskantenabschnitts der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 11 und an zwei beabstandeten Punkten zwischen den beiden Enden ausgebildet. Aus solchen Durchgangslöchern 11a sind die zwei Durchgangslöcher 11a, die nahe einer Längsmitte an einem Endabschnitt der langen Seite des Harzgehäuses 11 ausgebildet sind, erste Durchgangslöcher, die gemäß ersten Schraubenlöchern durchdringen können, die an einem Flansch 13g1 des Kühlgehäuses 13 ausgebildet sind, wie nachstehend beschrieben. Unterdessen sind die zwei Durchgangslöcher 11a, die nahe einer Längsmitte am anderen Endabschnitt der langen Seite des Harzgehäuses 11 ausgebildet sind, zweite Durchgangslöcher, die gemäß zweiten Schraubenlöchern durchdringen können, die an einem Flansch 13g2 des Kühlgehäuses 13 ausgebildet sind, wie nachstehend beschrieben.
  • Die Metallbasisplatte 12 ist eine rechteckige Platte mit einer vorderen Oberfläche, d. h. einer ersten Oberfläche, und einer hinteren Oberfläche, die zur vorderen Oberfläche entgegengesetzt ist, d. h. einer zweiten Oberfläche. Die Metallbasisplatte 12 weist im Wesentlichen dieselbe Größe wie das Harzgehäuse 11 auf. Wie in 2 dargestellt, ist die Metallbasisplatte 12 mit Durchgangslöchern 12a versehen, die in einer Dickenrichtung davon durchdringen. Solche Durchgangslöcher 12a sind in denselben Intervallen wie die Durchgangslöcher 11a ausgebildet, die am Harzgehäuse 11 vorgesehen sind, und in denselben Positionen wie die Durchgangslöcher 11a angeordnet.
  • Das Kühlgehäuse 13, das mit der hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte 12 verbunden ist, umfasst eine Bodenwand 13a und Seitenwände 13b, die um die Bodenwand 13a ausgebildet sind, und öffnet an einer oberen Endseite. Ein oberes Ende des Kühlgehäuses 13 ist mit der Metallbasisplatte 12 beispielsweise durch Hartlöten verbunden, wodurch ein Innenraum, der durch die Metallbasisplatte 12 und das Kühlgehäuse 13 umschlossen ist, gebildet ist. Wie in 3 dargestellt, sind in einem solchen Innenraum Rippen 17 als Wärmeableiter vorgesehen. Die Metallbasisplatte 12, das Kühlgehäuse 13 und die Rippen 17 bilden einen Kühlkörper für den Halbleiterchip 16. Es ist zu beachten, dass die Rippen 17 nicht auf jene mit einer dünnen Plattenform, wie dargestellt, begrenzt sind, sondern jene mit einer Stiftform sein können. Der Innenraum des Kühlgehäuses 13 kann ein Kühlmittel zirkulieren, das von außen zugeführt wird.
  • Das Kühlgehäuse 13 umfasst einen Einlassabschnitt 13c und einen Auslassabschnitt 13d für das Kühlmittel in einer Mitte des Längskantenabschnitts. Der Einlassabschnitt 13c und der Auslassabschnitt 13d sind mit der Seitenwand des Kühlgehäuses 13 verbunden und entlang einer Umfangskante der hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte 12 angeordnet. Der Einlassabschnitt 13c umfasst einen Einlasskanal 13e an einer unteren Oberfläche davon, und der Auslassabschnitt 13d umfasst einen Auslasskanal 13f an einer unteren Oberfläche davon. Solche untere Oberflächen sind auf einer entgegengesetzten Seite relativ zur Metallbasisplatte 12 angeordnet. Der Einlasskanal 13e und der Auslasskanal 13f sind jeweils an der unteren Oberfläche des Einlassabschnitts 13c und an der unteren Oberfläche des Auslassabschnitts 13d ausgebildet, wodurch sie eine Höhe des Kühlgehäuses 13, das den Kühlkörper bildet, im Vergleich zu einem Fall einschränken können, wenn sie an einer Seitenoberfläche ausgebildet sind, was folglich für ein Leistungshalbleitermodul vorteilhaft ist, das in einem Fahrzeug montiert werden soll, in Bezug auf das eine Verringerung der Größe, Dicke und des Gewichts verlangt wird. Der Einlassabschnitt 13c und der Auslassabschnitt 13d können in einer solchen Weise angeordnet sein, dass sie mit der Bodenwand des Kühlgehäuses 13 verbunden sind.
  • Das Kühlgehäuse 13 umfasst den Flansch 13g1, der ein erster Flansch ist, auf einer Seite des Einlasskanals 13e des Einlassabschnitts 13c. Unterdessen umfasst das Kühlgehäuse 13 den Flansch 13g2, der ein zweiter Flansch ist, auf einer Seite des Auslasskanals 13f des Auslassabschnitts 13d. Die Flansche 13g1, 13g2 sind eine im Wesentlichen elliptische Platte und sind in einer solchen Weise angeordnet, dass deren Hauptachsenrichtung sich entlang einer Richtung der langen Seite der Metallbasisplatte erstreckt. Die Flansche 13g1, 13g2 können eine im Wesentlichen rautenförmige Platte sein. Die Flansche 13g1, 13g2 können beispielsweise durch Einfügen einer Beilagscheibe, die aus einem Plattierungsmaterial eines Hartlötmaterials und eines Aluminiummaterials besteht, um den Einlasskanal 13e und den Auslasskanal 13f und Hartlöten derselben verbunden werden. Neben der Beilagscheibe können die Flansche 13g1, 13g2 durch Bonden befestigt werden. Die Flansche 13g1, 13g2 bestehen aus einem solchen Material und einer solchen Struktur, dass sie ausreichend Festigkeit für eine Schraubenbefestigung aufweisen. Die Flansche 13g1, 13g2 umfassen eine Hauptoberfläche auf einer Seite, die von der Metallbasisplatte 12 entfernt ist. Jede Hauptoberfläche der Flansche 13g1, 13g2 kann zur vorderen Oberfläche der Metallbasisplatte 12 parallel sein und kann eine Ebene sein. Ferner können die Flansche 13g1, 13g2 in Positionen auf zueinander entgegengesetzten Seiten angeordnet sein, so dass sie das Kühlgehäuse 13 dazwischen aufweisen.
  • Der Flansch 13g1 umfasst einen Kanalabschnitt 13eg, der eine erste Öffnung ist, die in einer solchen Weise angeordnet ist, dass sie dem Einlasskanal 13e gegenüberliegt. Der Flansch 13g2 umfasst einen Kanalabschnitt 13fg, der eine zweite Öffnung ist, die in einer solchen Weise angeordnet ist, dass sie dem Auslasskanal 13f gegenüberliegt. Ferner ist der Flansch 13g1 mit Schraubenlöchern 13h versehen, die ein Paar von ersten Schraubenlöchern sind, die so angeordnet sind, dass sie den Kanalabschnitt 13eg dazwischen aufweisen. Der Flansch 13g2 ist mit den Schraubenlöchern 13h versehen, die ein Paar von zweiten Schraubenlöchern sind, die so angeordnet sind, dass sie den Kanalabschnitt 13fg dazwischen aufweisen. Solche Schraubenlöcher 13h sind in denselben Intervallen wie die Durchgangslöcher 12a ausgebildet, die an der Metallbasisplatte 12 vorgesehen sind, und in denselben Positionen wie die Schraubenlöcher 12a angeordnet. Solche Schraubenlöcher 13h dienen auch als Schraubenloch für die Montage des Leistungshalbleitermoduls 1 an einem Strömungspfadbauteil 31 (7) und als Schraubenloch zum Verbinden des Einlasskanals und das Auslasskanals des Leistungshalbleitermoduls mit Strömungspfaden des Strömungspfadbauteils 31. Die Flansche 13g1, 13g2 können jeweils mit einem oder mehreren Paaren von Schraubenlöchern 13h versehen sein.
  • Ein Segment zwischen dem Paar von Schraubenlöchern des Flanschs 13g1, der mit dem Einlassabschnitt 13c verbunden ist, und ein Segment zwischen dem Paar von Schraubenlöchern des Flanschs 13g2, der mit dem Auslassabschnitt 13d verbunden ist, sind vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander. In der vorliegenden Ausführungsform, wie dargestellt, erstrecken sich die Segmente entlang der Richtung der langen Seite der Metallbasisplatte, so dass sie folglich zueinander parallel sind. Der Flansch 13g1 und der Flansch 13g2 können so angeordnet sein, dass sie die zwei Seitenwände 13b unter den vier Seitenwänden 13b des Kühlgehäuses 13 dazwischen aufweisen.
  • 3 stellt eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 1 in auseinandergezogener Anordnung dar. Das Harzgehäuse 11 besteht aus einem Isolationsharz wie z. B. einem PPS-Harz und einem Urethanharz und weist eine Rahmenform mit einer Öffnung auf, die von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche in einer Mitte durchdringt. An dem Harzgehäuse 11 sind die externen Anschlüsse 14A–14E einteilig durch Einsatzformen oder dergleichen montiert. Die Durchgangslöcher 11a können zum Zeitpunkt des Einsatzformens ausgebildet werden.
  • Die Metallbasisplatte 12 umfasst die rechteckige vordere Oberfläche und hintere Oberfläche mit im Wesentlichen derselben Größe wie das Harzgehäuse 11. Die Metallbasisplatte 12 besteht aus einem Metall mit einer vorteilhaften Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einem Verbundmaterial (Plattierungsmaterial) eines solchen Materials und eines Hartlötmaterials. Mit der vorderen Oberfläche der Metallbasisplatte 12 ist eine hintere Oberfläche eines Isolationssubstrats 15 als spezielles Beispiel eines mehrlagigen Substrats, d. h. eine vierte Oberfläche, durch ein Verbindungsmaterial wie z. B. ein Lötmittel, ein Hartlötmaterial oder ein gesintertes Material verbunden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wie dargestellt, sind die drei Isolationssubstrate 15 in einer Reihe entlang einer Längsrichtung in einer Mitte in einer Querrichtung der Metallbasisplatte 12 ausgerichtet. Jedes Isolationssubstrat 15 trägt die vier Halbleiterchips 16 auf einer vorderen Oberfläche eines Isolationssubstrats 15, d. h. einer dritten Oberfläche. Die Halbleiterchips 16 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie dargestellt, sind jeweils ein Beispiel eines rückwärts leitenden IGBT (RC-IGBT), in dem ein IGBT und eine FWD in einen Chip integriert sind. Insgesamt zwei Paare von Halbleiterchips, die auf einem Isolationssubstrat 15 elektrisch parallel geschaltet sind, bilden einen oberen Zweig und einen unteren Zweig einer Phase, die die Wechselrichterschaltung bildet. Der obere Zweig besteht aus den zwei Halbleiterchips 16A, die parallel geschaltete erste Halbleiterelemente sind. Der untere Zweig besteht aus den zwei Halbleiterchips 16B, die parallel geschaltete zweite Halbleiterelemente sind. Dann bilden die drei Isolationssubstrate 15 der Metallbasisplatte 12 die U-Phase, V-Phase und W-Phase der Wechselrichterschaltung. Mit dem Halbleiterchip 16 der U-Phase ist ein Satz der externen Anschlüsse 14A, 14D, 14E elektrisch verbunden. Mit dem Halbleiterchip 16 der V-Phase ist ein Satz der externen Anschlüsse 14B, 14D, 14E elektrisch verbunden. Ferner ist mit dem Halbleiterchip 16 der W-Phase ein Satz der externen Anschlüsse 14C, 14D, 14E elektrisch verbunden. Zwischen den externen Anschlüssen 14A, 14B kann das Durchgangsloch 11a angeordnet sein. Zwischen den externen Anschlüssen 14B, 14C kann das Durchgangsloch 11a angeordnet sein. Solche Durchgangslöcher 11a entsprechen dem Paar von Schraubenlöchern 13h des Flanschs 13g2. Ferner kann zwischen den externen Anschlüssen 14D, 14E für die U-Phase und den externen Anschlüssen 14D, 14E für die V-Phase das Durchgangsloch 11a angeordnet sein. Zwischen den externen Anschlüssen 14D, 14E für die V-Phase und den externen Anschlüssen 14D, 14E für die W-Phase kann das Durchgangsloch 11a angeordnet sein. Solche Durchgangslöcher 11a entsprechen dem Paar von Schraubenlöchern 13h des Flanschs 13g1.
  • Wenn ein Material des Kühlgehäuses 13 dasselbe wie der Metallbasisplatte 12 ist, können die beiden folglich denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, was bevorzugt ist. In dem im Wesentlichen rechteckigen Raum, der durch die Bodenwand 13a und die Seitenwände 13b umschlossen ist, sind die Rippen 17 als Wärmeableiter aufgenommen. In einem Beispiel, wie in 3 dargestellt, weisen die Rippen 17 eine dünne Plattenform auf und mehrere davon sind jeweils in Intervallen entlang einer Querrichtung des Kühlgehäuses 13 angeordnet. Ein oberes Ende jeder Rippe 17 ist mit der hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte 12 durch Hartlöten verbunden. Dadurch wird Wärme, die vom Halbleiterchip 16 erzeugt wird, durch das Isolationssubstrat 15 und die Metallbasisplatte 12 zu den Rippen 17 geleitet.
  • In dem Raum im Kühlgehäuse 13 zwischen dem Einlassabschnitt 13c und den Rippen ist ein Strömungspfad 13i des Kühlmittels, das durch den Einlasskanal 13e von der Außenseite eingeführt wird, ausgebildet. Unterdessen ist zwischen dem Auslassabschnitt 13d und den Rippen 17 ein Strömungspfad 13j zum Auslassen des Kühlmittels, das durch Spalte zwischen den Rippen geströmt ist, in Richtung des Auslasskanals 13f ausgebildet.
  • Die Rippen 17 mit einer dünnen Plattenform sind entlang der Querrichtung des Kühlgehäuses 13 angeordnet, so dass Kühlwasser, das vom Einlassabschnitt 13c zugeführt wird, durch den Strömungspfad 13i hindurchgeht, um durch die Spalte zwischen den Rippen 17 zu strömen, und durch den Strömungspfad 13j hindurchgeht, so dass es aus dem Auslasskanal 13f des Auslassabschnitts 13d ausgelassen wird.
  • 4 stellt eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV von 1 dar. Das Isolationssubstrat 15 ist durch Kleben einer Keramikisolationsplatte 15a, einer Leiterplatte 15b, die selektiv auf einer vorderen Oberfläche einer solchen Keramikisolationsplatte 15a ausgebildet ist und aus einer Kupferfolie oder dergleichen besteht, und einer Metallplatte 15c, die auf einer hinteren Oberfläche einer solchen Keramikisolationsplatte 15a ausgebildet ist und aus einer Kupferfolie oder dergleichen besteht, aneinander ausgebildet. Das Verbinden der Leiterplatte 15b und des Halbleiterchips 16 wird beispielsweise durch ein Lötmittel 18 als Verbindungsmaterial durchgeführt. Das Verbinden der Metallplatte 15c und der Metallbasisplatte 12 wird beispielsweise durch das Lötmittel 18 als Verbindungsmaterial durchgeführt. Als Verbindungsmaterial können ein Hartlötmaterial und ein gesintertes Material auch verwendet werden. Das Isolationssubstrat 15 und der Halbleiterchip 16 im Harzgehäuse 11 sind durch ein Dichtungsmaterial abgedichtet, das aus einem Isolationsharz wie z. B. einem Epoxidharz oder einem Isolationsgel wie z. B. einem Silikon besteht, um die Isolationseigenschaften zu verbessern. Es ist zu beachten, dass in 4 die Darstellung eines Bonddrahts, der mit einer Elektrode elektrisch verbunden ist, die auf einer Oberfläche des Halbleiterchips 16 vorgesehen ist, und dergleichen weggelassen ist. Überdies ist in 4 die Darstellung des Dichtungsmaterials, das in einen Rahmen des Harzgehäuses 11 eingespritzt wird, und einer Abdeckung, die an der oberen Oberfläche des Harzgehäuses 11 befestigt ist, auch weggelassen.
  • 5 stellt eine Draufsicht des Leistungshalbleitermoduls 1 von 1 dar. Es ist zu beachten, dass, um das Verständnis zu erleichtern, die Draufsicht einen Zustand darstellt, in dem die Abdeckung, das Dichtungsmaterial und der Bonddraht nicht dargestellt sind und das Isolationssubstrat 15 und der Halbleiterchip 16, die im Harzgehäuse 11 angeordnet sind, gezeigt sind. Das Leistungshalbleitermodul 1 ist, wie vorstehend beschrieben, ein Leistungshalbleitermodul vom 6-in-1-Typ, das die Wechselrichterschaltung bildet. Eine solche Wechselrichterschaltung ist in 6 dargestellt. Die vier Halbleiterchips 16, die mit einem Isolationssubstrat 15 verbunden sind, bilden, wie vorstehend beschrieben, den oberen Zweig und den unteren Zweig einer Phase. Ferner bilden speziell in 5 die zwei Halbleiterchips 16A und die Halbleiterchips 16B, die entlang der Querrichtung der Metallbasisplatte 12 angeordnet sind, den oberen Zweig bzw. den unteren Zweig. Die zwei Halbleiterchips 16A, die dem oberen Zweig entsprechen, sind entlang einer Bewegungsrichtung des Kühlmittels angeordnet, das zwischen den Rippen 17 direkt unter der Metallbasisplatte 12 strömt. Die zwei Halbleiterchips 16B, die dem unteren Zweig entsprechen, sind auch ähnlich entlang der Bewegungsrichtung des Kühlmittels angeordnet. Dadurch können eine Kühleffizienz der Halbleiterchips 16A, die den oberen Zweig bilden, und eine Kühleffizienz der Halbleiterchips 16B, die den unteren Zweig bilden, so konfiguriert sein, dass sie gleich sind.
  • Das Leistungshalbleitermodul 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Flansche 13g1, 13g2 jeweils am Einlassabschnitt 13c und am Auslassabschnitt 13d des Kühlgehäuses 13, so dass sie mit einem Bauteil mit einem externen Strömungspfad, d. h. einem Strömungspfadbauteil 31, ohne Verwendung eines Rohrs verbunden werden können. Selbst als ein in einem Fahrzeug mit einem begrenzten Raum zur Montage zu montierendes Leistungshalbleitermodul kann folglich die Montage des Leistungshalbleitermoduls sehr leicht durchgeführt werden. Da weder ein Rohr noch ein Schlauch verwendet wird, wird keine Spannung auf einen Verbindungsabschnitt und den Kühlkörper aufgrund der Anordnung eines Rohrs und eines Schlauchs aufgebracht und eine Verringerung der Zuverlässigkeit kann verhindert werden.
  • Der Flansch 13g1 ist mit dem Paar von Schraubenlöchern 13h versehen, die so angeordnet sind, dass sie den Kanalabschnitt 13eg, der mit dem Einlasskanal 13e verbunden ist, dazwischen aufweisen. Der Flansch 13g2 ist auch mit dem Paar von Schraubenlöchern 13h versehen, die so angeordnet sind, dass sie den Kanalabschnitt 13fg, der mit dem Auslasskanal 13f verbunden ist, dazwischen aufweisen. Solche Schraubenlöcher 13h sind in denselben Intervallen und in denselben Positionen wie die Durchgangslöcher 11a des Harzgehäuses 11 und die Schraubenlöcher 12a der Metallbasisplatte 12 angeordnet. Die Schraubenlöcher 13h, die Durchgangslöcher 11a und die Schraubenlöcher 12a können in einer solchen Weise angeordnet sein, dass Schrauben von einer oberen Oberfläche zu einer unteren Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls 1 in einer Dickenrichtung durchdringen können. Vorzugsweise können die drei Typen von Löchern in einer solchen Weise angeordnet sein, dass jeweilige Achsen der Schraubenlöcher 13h, der Durchgangslöcher 11a und der Schraubenlöcher 12a koaxial sind. Eine Querschnittsform jedes Lochs ist ein Kreis, ein Oval, eine Ellipse oder dergleichen und ist vorzugsweise ein Kreis.
  • Die Schraubenlöcher 13h, die Durchgangslöcher 11a und die Schraubenlöcher 12a sind so angeordnet, wodurch das Leistungshalbleitermodul am Strömungspfadbauteil 31 durch die Schrauben befestigt werden kann und der Einlasskanal 13e und der Auslasskanal 13f mit den Strömungspfaden des Strömungspfadbauteils 31 verbunden werden können, so dass die Arbeit eines Montagevorgangs verringert werden kann und die Anzahl von Schrauben verringert werden kann. Überdies kann eine Steifigkeit, wenn das Leistungshalbleitermodul 1 montiert wird, verbessert werden. Ferner kann eine Gesamtfläche einer Fläche zur Befestigung des Leistungshalbleitermoduls 1 und einer Fläche zur Verbindung des Strömungspfades verringert werden, so dass die Verringerung der Größe des Leistungshalbleitermoduls 1 erreicht werden kann.
  • Die Flansche 13g1, 13g2 sind mit einem oder mehreren Paaren von Schraubenlöchern 13h versehen, so dass sie den Kanalabschnitt 13eg, der mit dem Einlasskanal 13e verbunden ist, oder den Kanalabschnitt 13fg, der mit dem Auslasskanal 13f verbunden ist, dazwischen aufweisen, wodurch eine Schraubenbefestigungskraft zum Verbinden des Einlasskanals 13e und des Auslasskanals 13f mit den Strömungspfaden des Strömungspfadbauteils gleichmäßig auf die Umgebung des Einlasskanals 13e und des Auslasskanals 13f aufgebracht wird, so dass ein Austritt in der Nähe des Einlasskanals 13e und des Auslasskanals 13f verhindert werden kann.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Flansche 13g1, 13g2 auf einer Seite der unteren Oberfläche des Einlassabschnitts 13c bzw. einer Seite der unteren Oberfläche des Auslassabschnitts 13d angeordnet. Im Leistungshalbleitermodul eines Typs, der somit das Kühlmittel von einer Seite der unteren Oberfläche des Kühlgehäuses 13 zirkulieren lässt, kann eine Höhe verringert werden, was für eine Verringerung der Dicke vorteilhaft ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wie dargestellt, ist ein Beispiel, in dem ein Kopfende des Einlassabschnitts 13c und ein Kopfende des Auslassabschnitts 13d jeweils mit dem Flansch 13g1 und dem Flansch 13g2 versehen sind, dargestellt, das jedoch nicht andere Elemente als die Flansche ausschließen soll, und eine Befestigung mit einer Funktion ähnlich zu jener der Flansche kann verwendet werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Das Strömungspfadbauteil 31, an dem das Leistungshalbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform montiert ist, wird mit Bezug auf 7 beschrieben. 7 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 1 und des Strömungspfadbauteils 31. Ein Querschnitt ist teilweise dargestellt. In 7 kann das Leistungshalbleitermodul 1 dasselbe wie das Leistungshalbleitermodul 1, wie in 1–6 dargestellt, sein. Folglich sind in 7 dem Leistungshalbleitermodul 1 und einem Element davon dieselben Symbole wie jene in 1–6 zugewiesen und auf eine wiederholte Beschreibung wird nachstehend verzichtet.
  • Das Strömungspfadbauteil 31 ist in der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen ein rechteckiges Prisma, wie in 7 dargestellt, und ist in einer solchen Weise montiert, dass die untere Fläche des Kühlgehäuses 13 des Leistungshalbleitermoduls 1 einer oberen Oberfläche davon zugewandt ist. An der oberen Oberfläche des Strömungspfadbauteils 31 sind ein Vorsprungabschnitt 31a1, der am Flansch 13g1 des Leistungshalbleitermoduls 1 anliegt, ein Vorsprungabschnitt 31a2, der am Flansch 13g2 anliegt, und ein Vorsprungabschnitt 31d, der an einem Vorsprungabschnitt mit dem Schraubenloch 12a der Metallbasisplatte 12 anliegt, ausgebildet. Es ist zu beachten, dass solche Vorsprungabschnitte 13a1, 31a2, 31d für die obere Oberfläche des Strömungspfadbauteils 31 nicht erforderlich sind. Ein Abschnitt der flachen oberen Oberfläche des Strömungspfadbauteils 31, an der der Flansch 31g1 des Leistungshalbleitermoduls 1 anliegt, kann ein erster Verbindungsabschnitt sein. Ebenso kann ein Abschnitt der flachen oberen Oberfläche des Strömungspfadbauteils 31, an dem der Flansch 13g2 anliegt, ein zweiter Verbindungsabschnitt sein. Überdies kann der Vorsprungabschnitt mit dem Schraubenloch 12a der Metallbasisplatte 12 so konfiguriert sein, dass er an der flachen oberen Oberfläche des Strömungspfadbauteils 31 anliegt. Anstelle der Vorsprungabschnitte 31a1, 31a2, 31d kann ferner ein Vorsprungabschnitt mit einer solchen Form, dass er an ein zylindrisches Bauteil angefügt werden kann, das koaxial mit den Flanschen 13g1, 13g2 und den Schraubenlöchern 12a verbunden ist, verwendet werden.
  • Der Vorsprungabschnitt 31a1, der am Flansch 13g1 anliegt, ist mit einer Öffnung 31b1 eines Einführungsströmungspfades 13f für das Kühlmittel versehen, der im Inneren des Strömungspfadbauteils 31 ausgebildet ist, und durch den Kanalabschnitt 13eg des Flanschs 13g1 mit dem Einlasskanal 13e verbunden. Ebenso ist der Vorsprungabschnitt 31a2, der am Flansch 13g2 anliegt, mit einer Öffnung 13b2 eines Auslassströmungspfades 31g für das Kühlmittel versehen und ist durch den Kanalabschnitt 13fg des Flanschs 13g2 mit dem Auslasskanal 13f verbunden. Der Einführungsströmungspfad 31f und der Auslassströmungspfad 31g für das Kühlmittel können optional im Inneren des Strömungspfadbauteils 31 angeordnet sein. Um einen Austritt zwischen dem Flansch 13g1 und dem Vorsprungabschnitt 31a1 und zwischen dem Flansch 13g2 und dem Vorsprungabschnitt 31a2 zu verhindern, ist vorzugsweise ein O-Ring angeordnet. Überdies ist eine Nut zum Befestigen eines solchen O-Rings vorzugsweise an einer Oberfläche der Vorsprungabschnitte 31a1, 31a2 vorgesehen.
  • Der Vorsprungabschnitt 31a1 ist mit einem Paar von Muttern 31c zum Befestigen einer Schraube versehen, so dass sie die Öffnung 31b1 dazwischen aufweisen. Der Vorsprungabschnitt 31a2 ist auch ähnlich mit dem Paar von Muttern 31c versehen, so dass sie die Öffnung 31b2 dazwischen aufweisen. Überdies ist der Vorsprungabschnitt 31d mit einer Mutter 31e zum Befestigen einer Schraube versehen. Das Paar von Vorsprungabschnitten 31d ist so angeordnet, dass sie den Vorsprungabschnitt 31a1 dazwischen aufweisen, und die Muttern 31c und die Muttern 31e sind ausgerichtet. Ebenso ist das Paar von Vorsprungabschnitten 31d so angeordnet, dass sie den Vorsprungabschnitt 31a2 dazwischen aufweisen. Solche Muttern 31c, 31e sind in einer solchen Weise angeordnet, dass sie den Durchgangslöchern 11a des Harzgehäuses 11 des Leistungshalbleitermoduls 1, den Schraubenlöchern 12a der Metallbasisplatte 12 und den Schraubenlöchern 13h des Kühlgehäuses 13 zugewandt sind. Die Schrauben, die solche Schraubenlöcher durchdringen, und die Muttern sind schraubverbinden, wodurch das Leistungshalbleitermodul 1 am Strömungspfadbauteil 31 befestigt ist und der Einlasskanal 13e und der Auslasskanal 13f des Leistungshalbleitermoduls 1 jeweils mit der Öffnung 31b1 des Einführungsströmungspfades 31f und der Öffnung 31b2 des Auslassströmungspfades 31g des Strömungspfadbauteils 31 verbunden sind.
  • Das Strömungspfadbauteil 31 ist im Wesentlichen ein rechteckiges Prisma in einem Beispiel, wie in 7 dargestellt, kann jedoch eine beliebige solche Form aufweisen, dass es in der Lage ist, das Leistungshalbleitermodul 1 zu montieren. Ferner ist das Strömungspfadbauteil 31 nicht auf ein unabhängiges Bauteil mit dem Einführungsströmungspfad 31f und dem Auslassströmungspfad 31g für das Kühlmittel begrenzt, sondern kann ein Teil eines Bauteils zum Kühlen eines Kraftmaschinenbauteils oder einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs sein.
  • Das Strömungspfadbauteil 31 ist mit dem Leistungshalbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform kombiniert, so dass das Leistungshalbleitermodul 1 ohne Verwendung eines Rohrs montiert werden kann oder Arbeit eines Montagevorgangs verringert werden kann.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Eine Leistungshalbleitermodulstruktur 3, die aus dem Leistungshalbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform und dem Strömungspfadbauteil 31 gemäß der zweiten Ausführungsform besteht, wird mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben. 8 ist eine Vorderansicht der Leistungshalbleitermodulstruktur 3 und 9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht des Schnitts IX von 8. Es ist zu beachten, dass in 8 und 9 dem Leistungshalbleitermodul 1 und dem Strömungspfadbauteil 31 dieselben Symbole wie jene in 1–7 zugewiesen sind und auf eine wiederholte Beschreibung nachstehend verzichtet wird.
  • Die Leistungshalbleitermodulstruktur 3, wie in 8 und 9 dargestellt, besteht aus dem Leistungshalbleitermodul 1 und dem Strömungspfadbauteil 31 gemäß der zweiten Ausführungsform, die durch Schrauben 33 befestigt sind. Wie in 9 dargestellt, ist zwischen dem Flansch 13g1 und dem Vorsprungabschnitt 31a1 ein O-Ring 32 angeordnet, wodurch ein Austritt verhindert wird. Obwohl nicht dargestellt, ist auch zwischen dem Flansch 13g2 und dem Vorsprungabschnitt 31a2 der O-Ring 32 angeordnet. Vorzugsweise ist eine Oberfläche der Vorsprungabschnitte 31a1, 31a2 mit einer Nut versehen und der O-Ring 32 ist in einer solchen Nut gelagert.
  • Die Leistungshalbleitermodulstruktur 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird so verwendet, dass das Leistungshalbleitermodul 1 ohne Verwendung eines Rohrs montiert werden kann oder die Arbeit eines Montagevorgangs verringert werden kann.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Ein Leistungshalbleitermodul 2 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 10A und 10B beschrieben. 10A ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 22 von schräg oben gesehen und 10B ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls 2 von einer Seite der hinteren Oberfläche gesehen.
  • Das Leistungshalbleitermodul 2, wie in 10A und 10B dargestellt, unterscheidet sich vom Leistungshalbleitermodul 1, wie in 1 und 2 dargestellt, darin, dass in einem Kühlgehäuse 23 mit einer Bodenwand 23a und Seitenwänden 23b ein Einlassabschnitt 23c und ein Auslassabschnitt 23d für ein Kühlmittel in der Nähe von Eckenabschnitten in entgegengesetzten Winkeln der Metallbasisplatte 12 angeordnet sind. An einem Kopfende eines Einlasskanals 23e des Einlassabschnitts 23c und eines Auslasskanals 23f des Auslassabschnitts 23d sind jeweils Flansche 23g1, 23g2 vorgesehen. Die Flansche 23g1, 23g2 umfassen jeweils Kanalabschnitte 23eg, 23fg und umfassen ferner ein Paar von Schraubenlöchern 23h, die so angeordnet sind, dass sie den Kanalabschnitt 23eg dazwischen aufweisen, und das Paar von Schraubenlöchern 23h, die so angeordnet sind, dass sie den Kanalabschnitt 23fg dazwischen aufweisen. Ein Schraubenloch 23h des Flanschs 23g1 ist relativ zum Durchgangsloch 11a und zum Schraubenloch 12a angeordnet, so dass die Schraube von der oberen Oberfläche in Richtung der unteren Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls 1 in der Dickenrichtung durchdringen kann. Ein Schraubenloch 23h des Flanschs 23g2 ist auch ähnlich angeordnet.
  • Im Leistungshalbleitermodul 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind ähnlich zum Leistungshalbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform das Kopfende des Einlassabschnitts 23c und das Kopfende des Auslassabschnitts 23d des Kühlgehäuses 23 jeweils mit dem Flansch 23g1 und dem Flansch 23g2 versehen, so dass die Verbindung mit dem Strömungspfadbauteil, die für eine Position des Kopfendes des Einlassabschnitts 23c und des Auslassabschnitts 23d des Leistungshalbleitermoduls 2 geeignet ist, durchgeführt werden kann. Selbst als in einem Fahrzeug mit einem begrenzten Raum zur Montage zu montierendes Leistungshalbleitermodul kann folglich die Montage des Leistungshalbleitermoduls leicht durchgeführt werden.
  • Wie aus dem Leistungshalbleitermodul 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und dem Leistungshalbleitermodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform verständlich ist, ist im Leistungshalbleitermodul der vorliegenden Erfindung die Position des Einlassabschnitts und des Auslassabschnitts des Kühlgehäuses, die mit den Flanschen versehen sind, nicht speziell begrenzt.
  • (Vergleichsausführungsform)
  • Zum Vergleich ist ein herkömmliches Leistungshalbleitermodul 100 in 11A und 11B dargestellt. 11A ist eine perspektivische Ansicht eines Aussehens des Leistungshalbleitermoduls 100 von oben gesehen und 11B ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens des Leistungshalbleitermoduls 100 von einer hinteren Oberfläche gesehen.
  • Im herkömmlichen Leistungshalbleitermodul 100 sind an einem Kühlkörper 113 ein Rohr 114 auf einer Einführungsseite und ein Rohr 115 auf einer Auslassseite befestigt. Es gab Fälle, dass im Leistungshalbleitermodul 100, das mit einem solchen Rohr 114 und Rohr 115 versehen ist, ein Vorgang der Montage derselben und ein Vorgang der Befestigung eines Schlauchs am Rohr 114 und Rohr 115 nicht leicht sind. Ferner sind ein Vorgang zur Montage des Leistungshalbleitermoduls 100 und ein Vorgang zur Befestigung eines Schlauchs am Rohr 114 und am Rohr 115 separat, so dass die Vorgänge viel Arbeit erfordern.
  • Beim Vergleich des herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls 100, wie in 11A und 11B dargestellt, und der Leistungshalbleitermodule 1, 2 gemäß der ersten und der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, sind Effekte der Erfindung klar.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • 12 stellt eine Draufsicht eines Leistungshalbleitermoduls 4 dar. Es ist zu beachten, dass, um das Verständnis zu erleichtern, die Draufsicht einen Zustand darstellt, in dem die Abdeckung und das Dichtungsmaterial nicht dargestellt sind und das Isolationssubstrat 15 und die Halbleiterchips 16A1, 16A2, 16B1, 16B2, die im Harzgehäuse 11 angeordnet sind, gezeigt sind. Ähnlich zum Leistungshalbleitermodul 1, wie in 1–3 dargestellt, kann eine Konfiguration, die niedriger ist als das Harzgehäuse 11, die Metallbasisplatte 12 und das Kühlgehäuse 13 umfassen. Insbesondere ist an die untere Oberfläche des Harzgehäuses 11 die vordere Oberfläche der Metallbasisplatte 12 gebondet und mit der hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte 12 ist das Kühlgehäuse 13 verbunden. Es kann konfiguriert sein, dass die Rippen, die im Kühlgehäuse 13 angeordnet sind, eine dünne Plattenform aufweisen und mehrere davon jeweils in Intervallen entlang der Querrichtung des Kühlgehäuses 13 angeordnet sind.
  • Das Harzgehäuse 11 besteht aus einem Isolationsharz wie z. B. einem PPS-Harz und einem Urethanharz und weist eine Rahmenform mit einer Öffnung auf, die von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche auf einer entgegengesetzten Seite in einer Mitte durchdringt. Hier befindet sich die obere Oberfläche auf einer Vorderseite der Zeichnung und die untere Oberfläche befindet sich auf einer Rückseite der Zeichnung. Dies ist ähnlich zum Leistungshalbleitermodul 1, wie in 1–3 dargestellt. An dem Harzgehäuse 11 sind externe Anschlüsse 14A, 14B, 14C, 141D, 141E, 142E, 143D und 143E einteilig durch Einsatzformen oder dergleichen montiert. Der externe Anschluss 14A ist ein U-Anschluss, der externe Anschluss 14B ist ein V-Anschluss, der externe Anschluss 14C ist ein W-Anschluss, die externen Anschlüsse 141D, 142D, 143D sind ein positiver Anschluss (P-Anschluss) und die externen Anschlüsse 141E, 142E, 143E sind ein negativer Anschluss (N-Anschluss).
  • Die Metallbasisplatte 12 umfasst die rechteckige vordere Oberfläche und hintere Oberfläche auf einer entgegengesetzten Seite mit im Wesentlichen derselben Größe wie das Harzgehäuse 11. Die Metallbasisplatte 12 besteht aus einem Metall mit einer vorteilhaften Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder einem Verbundmaterial (Plattierungsmaterial) eines solchen Materials und eines Hartlötmaterials. Mit der vorderen Oberfläche der Metallbasisplatte 12 ist eine hintere Oberfläche eines Isolationssubstrats 15 als spezielles Beispiel eines mehrlagigen Substrats, d. h. eine vierte Oberfläche, durch ein Verbindungsmaterial wie z. B. ein Lötmittel, ein Hartlötmaterial oder ein gesintertes Material verbunden.
  • Im Isolationssubstrat 15 ist eine untere Oberfläche der Keramikisolationsplatte 15a mit einer Metallplatte (Darstellung weggelassen) versehen und eine obere Oberfläche der Keramikisolationsplatte 15a ist mit Leiterplatten 15ba, 15bb, 15bc, 15bd, 15be, 15bf versehen. Ferner sind auf der Leiterplatte 15bf die Halbleiterchips 16A1, 16A2 durch ein Lötmittel angeordnet. Überdies sind auf der Leiterplatte 15bb die Halbleiterchips 16B1, 16B2 durch ein Lötmittel angeordnet.
  • Ein solches Isolationssubstrat 15 ist in einer Öffnung des Harzgehäuses 11 aufgenommen. Ein Elektrodenabschnitt 14Fa, der ein Ende eines Steueranschlusses 14F ist, die Leiterplatten 15ba, 15bc, 15bd und eine Steuerelektrode, die auf einer vorderen Oberfläche der Halbleiterchips 16A1, 16A2, 16B1, 16B2 vorgesehen ist, wie in der Öffnung des Harzgehäuses 11 freigelegt, sind durch einen Draht 19 miteinander verbunden.
  • Überdies sind eine Hauptelektrode, die auf einer vorderen Oberfläche der Halbleiterchips 16A1, 16A2 auf der Leiterplatte 15bf vorgesehen ist, und eine Leiterplatte 15bb durch den Draht 19 verbunden. Eine Hauptelektrode, die auf einer vorderen Oberfläche der Halbleiterchips 16B1, 16B2 an der Leiterplatte 15bb vorgesehen ist, und eine Leiterplatte 15be sind durch den Draht 19 verbunden.
  • Das Leistungshalbleitermodul 4 ist ein Leistungshalbleitermodul vom 6-in-1-Typ, das die Wechselrichterschaltung bildet. Ein Beispiel einer solchen Wechselrichterschaltung ist in 13 dargestellt.
  • Die vier Halbleiterchips 16A1, 16A2, 16B1, 16B2, die mit einem Isolationssubstrat 15 verbunden sind, bilden ein Paar eines oberen Zweigs Au und eines unteren Zweigs Al einer Phase, d. h. einen Schenkel. Weiter speziell bilden in 12 zwei Stücke der Halbleiterchips 16A1 und des Halbleiterchips 16A2 und des Halbleiterchips 16B1 und des Halbleiterchips 16B2, die entlang der Querrichtung der Metallbasisplatte 12 angeordnet sind, den oberen Zweig Au und den unteren Zweig Al einer Phase, die die Wechselrichterschaltung bildet, beispielsweise jeweils die U-Phase. Die zwei Stücke des Halbleiterchips 16A1 und des Halbleiterchips 16A2, die dem oberen Zweig Au entsprechen, sind entlang einer Bewegungsrichtung des Kühlmittels angeordnet, das zwischen den Rippen 17 direkt unter der Metallbasisplatte 12 strömt. Die zwei Stücke des Halbleiterchips 16B1 und des Halbleiterchips 16B2, die dem unteren Zweig Al entsprechen, sind auch ähnlich entlang der Bewegungsrichtung des Kühlmittels angeordnet.
  • Dadurch können eine Kühleffizienz des Halbleiterchips 16A1 und des Halbleiterchips 16A2, die den oberen Zweig Au bilden, und eine Kühleffizienz des Halbleiterchips 16B1 und des Halbleiterchips 16B2, die den unteren Zweig Al bilden, so konfiguriert sein, dass sie gleich sind.
  • Im Leistungshalbleitermodul 4 sind die drei Isolationssubstrate 15 in einer Reihe entlang der Längsrichtung in einer Mitte in der Querrichtung der Metallbasisplatte 12 ausgerichtet. Jedes Isolationssubstrat 15 trägt die vier Halbleiterchips 16A1, 16A2, 16B1, 16B2 auf der vorderen Oberfläche eines Isolationssubstrats 15, d. h. der dritten Oberfläche. Die Halbleiterchips 16A1, 16A2, 16B1, 16B2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie dargestellt, sind jeweils ein Beispiel eines rückwärts leitenden IGBT (RC-IGBT), in dem ein IGBT und eine FWD in einen Chip integriert sind. Insgesamt zwei Paare von Halbleiterchips, die auf einem Isolationssubstrat 15 elektrisch parallel geschaltet sind, bilden den oberen Zweig Au und den unteren Zweig Al einer Phase, die die Wechselrichterschaltung bildet. Der obere Zweig Au besteht aus den zwei Stücken des Halbleiterchips 16A1 und des Halbleiterchips 16A2, die die ersten Halbleiterelemente sind, die auf der Leiterplatte 15bf parallel geschaltet sind. Der untere Zweig Al besteht aus den zwei Stücken des Halbleiterchips 16B1 und des Halbleiterchips 16B2, die die zweiten Halbleiterelemente sind, die auf der Leiterplatte 15bb parallel geschaltet sind. Dann bilden die drei Isolationssubstrate 15 der Metallbasisplatte die U-Phase, V-Phase und W-Phase der Wechselrichterschaltung.
  • Die U-Phase, die V-Phase und die W-Phase umfassen einen Schenkel Lu, einen Schenkel Lv und einen Schenkel Lw, die ein Paar des oberen Zweigs Au bzw. des unteren Zweig Al sind. Jeder des Schenkels Lu, des Schenkels Lv und des Schenkels Lw umfasst das Isolationssubstrat 15, die ersten Halbleiterelemente, die den oberen Zweig Au bilden, und die zweiten Halbleiterelemente, die den unteren Zweig Al bilden, und einen Leistungsversorgungsanschluss, der Leistung zu den ersten Halbleiterelementen und den zweiten Halbleiterelementen zuführt.
  • Wenn eine spezielle Phase unter der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase und eine Phase, die von der speziellen Phase verschiedene ist, unterschiedlich beschrieben werden, umfasst die spezielle Phase ein erstes Paar (Schenkel), das aus dem oberen Zweig und dem unteren Zweig besteht, und die von der speziellen Phase verschiedene Phase umfasst ein zweites Paar (Schenkel), das aus dem oberen Zweig und dem unteren Zweig besteht. Wenn die spezielle Phase aus der U-Phase, V-Phase und W-Phase, beispielsweise die U-Phase, und die von der speziellen Phase verschiedene Phase, beispielsweise die V-Phase, unterschieden werden, wird das Isolationssubstrat 15 des ersten Schenkels als erstes mehrlagiges Substrat bezeichnet und das Isolationssubstrat 15 des zweiten Schenkels wird als zweites mehrlagiges Substrat bezeichnet. Wie auf dem ersten mehrlagigen Substrat getragen, werden ebenso die Halbleiterelemente, die den oberen Zweig bilden, als erste Halbleiterelemente bezeichnet, und die Halbleiterelemente, die aus dem oberen Zweig bestehen, werden als zweite Halbleiterelemente bezeichnet. Wie auf dem zweiten mehrlagigen Substrat getragen, werden die Halbleiterelemente, die den oberen Zweig bilden, als dritte Halbleiterelemente bezeichnet und die Halbleiterelemente, die den oberen Zweig bilden, werden als vierte Halbleiterelemente bezeichnet. Der Leistungsversorgungsanschluss, der Leistung zu den ersten Halbleiterelementen und den zweiten Halbleiterelementen zuführt, wird als erster Leistungsversorgungsanschluss bezeichnet, und der Leistungsversorgungsanschluss, der Leistung zu den dritten Halbleiterelementen und den vierten Halbleiterelementen zuführt, wird als zweiter Leistungsversorgungsanschluss bezeichnet.
  • Das Leistungshalbleitermodul 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein erstes Paar, das aus dem oberen Zweig und dem unteren Zweig besteht, und ein zweites Paar, das aus dem oberen Zweig und dem unteren Zweig besteht. Das erste Paar umfasst zumindest das erste mehrlagige Substrat als mehrlagiges Substrat, die ersten Halbleiterelemente, die den oberen Zweig bilden, und die zweiten Halbleiterelemente, die den unteren Zweig bilden, als Halbleiterelement, und den ersten Leistungsversorgungsanschluss, der Leistung zu den ersten Halbleiterelementen und den zweiten Halbleiterelementen zuführt. Das zweite Paar umfasst zumindest das zweite mehrlagige Substrat als mehrlagiges Substrat, die dritten Halbleiterelemente, die den oberen Zweig bilden, und die vierten Halbleiterelemente, die den unteren Zweig bilden, als Halbleiterelement, und den zweiten Leistungsversorgungsanschluss, der Leistung zu den dritten Halbleiterelementen und den vierten Halbleiterelementen zuführt.
  • Ferner können speziell, wie in 12 dargestellt, die Leistungsversorgungsanschlüsse der Schenkel für die U-Phase jeweils den positiven Anschluss 141D, der mit einer positiven Seite einer externen Leistungsquelle verbunden werden kann, und den negativen Anschluss 141E, der mit einer negativen Seite der externen Leistungsquelle verbunden werden kann, umfassen. Die Leistungsversorgungsanschlüsse der Schenkel für die V-Phase können jeweils den positiven Anschluss 142D, der mit der positiven Seite der externen Leistungsquelle verbunden werden kann, und den negativen Anschluss 142E, der mit der negativen Seite der externen Leistungsquelle verbunden werden kann, umfassen. Überdies können die Leistungsversorgungsanschlüsse der Schenkel für die W-Phase jeweils den positiven Anschluss 143D, der mit der positiven Seite der externen Leistungsquelle verbunden werden kann, und den negativen Anschluss 143E, der mit der negativen Seite der externen Leistungsquelle verbunden werden kann, umfassen.
  • Wenn beispielsweise der Schenkel Lu für die U-Phase als erster Schenkel festgelegt ist und entweder der Schenkel Lv für die V-Phase oder der Schenkel Lw für die W-Phase, beispielsweise der Schenkel Lv für die V-Phase, als zweiter Schenkel festgelegt ist, ist der positive Anschluss 141D ein erster positiver Anschluss, der negative Anschluss 141E ist ein erster negativer Anschluss, der positive Anschluss 143D ist ein zweiter positiver Anschluss und der negative Anschluss 142E ist ein zweiter negativer Anschluss.
  • Der positive Anschluss 141D für die U-Phase, der positive Anschluss 142D für die V-Phase und der positive Anschluss 143D für die W-Phase sind voneinander verschieden und unabhängig und können dieselbe Form aufweisen. Unterdessen sind der negative Anschluss 141E für die U-Phase, der negative Anschluss 142E für die V-Phase und der negative Anschluss 143E für die W-Phase voneinander verschieden und unabhängig und können dieselbe Form aufweisen. Der positive Anschluss 141D für die U-Phase, der positive Anschluss 142D für die V-Phase und der positive Anschluss 143D für die W-Phase können dieselbe Größe aufweisen und der negative Anschluss 141E für die U-Phase, der negative Anschluss 142E für die V-Phase und der negative Anschluss 143E für die W-Phase können dieselbe Größe aufweisen.
  • Der positive Anschluss 141D für die U-Phase umfasst einen Körperabschnitt 141Db und einen Schenkelabschnitt 141Dl. Der positive Anschluss 142D für die V-Phase umfasst einen Körperabschnitt 142Db und einen Schenkelabschnitt 142Dl. Der positive Anschluss 143D für die W-Phase umfasst einen Körperabschnitt 143Db und einen Schenkelabschnitt 143Dl. In einem Beispiel, wie in 12 dargestellt, umfassen die Schenkelabschnitte 141Dl, 142Dl, 143Dl jeweils drei bandförmige Elemente und die bandförmigen Elemente sind mit den Körperabschnitten 141Db, 142Db, 143Db verbunden. An jedem Anschluss sind die drei bandförmigen Elemente parallel vorgesehen.
  • Der negative Anschluss 141E für die U-Phase umfasst einen Körperabschnitt 141Eb und einen Schenkelabschnitt 141El. Der negative Anschluss 142E für die V-Phase umfasst einen Körperabschnitt 142Eb und einen Schenkelabschnitt 142El. Der negative Anschluss 143E für die W-Phase umfasst einen Körperabschnitt 143Eb und einen Schenkelabschnitt 143El. In dem Beispiel, wie in 12 dargestellt, umfassen die Schenkelabschnitte 141El, 142El, 143El jeweils drei bandförmige Elemente und die bandförmigen Elemente sind mit den Körperabschnitten 141Eb, 142Eb, 143Eb verbunden. An jedem Anschluss sind die drei bandförmigen Elemente parallel vorgesehen.
  • Die bandförmigen Elemente des positiven Anschlusses 141D für die U-Phase, d. h. eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 141Dl, und die bandförmigen Elemente des negativen Anschlusses 141E für die U-Phase, d. h. eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 141El, können parallel angeordnet sein. Eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 142Dl des positiven Anschlusses 142D für die V-Phase und des Schenkelabschnitts 142El des negativen Anschlusses 142E für die V-Phase kann auch ähnlich parallel angeordnet sein. Eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 143Dl des positiven Anschlusses 143D für die W-Phase und des Schenkelabschnitts 143El des negativen Anschlusses 143E für die W-Phase kann auch ähnlich parallel angeordnet sein. Ferner können der positive Anschluss 141D für die U-Phase, der positive Anschluss 142D für die V-Phase und der positive Anschluss 143D für die W-Phase in einer solchen Weise angeordnet sein, dass eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 141Dl und eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 142Dl und des Schenkelabschnitts 143Dl zueinander parallel sind. Ferner können der negative Anschluss 141E für die U-Phase, der negative Anschluss 142E für die V-Phase und der negative Anschluss 143E für die W-Phase in einer solchen Weise angeordnet sein, dass eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 141El und eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts 142El und des Schenkelabschnitts 143El zueinander parallel sind.
  • Die Verlaufsrichtungen der Schenkelabschnitte der Leistungsversorgungsanschlüsse sind zueinander parallel, so dass die Induktivität verringert werden kann.
  • Mit den jeweiligen Leistungsversorgungsanschlüssen der Schenkel Lu, Lv, Lw kann ein Kondensator wie z. B. ein Filmkondensator verbunden sein. Ein unabhängiger Filmkondensator oder ein gemeinsamer Filmkondensator kann jeweils zwischen den positiven Anschluss 141D und den negativen Anschluss 141E für die U-Phase, zwischen den positiven Anschluss 142D und den negativen Anschluss 142E für die V-Phase und zwischen den positiven Anschluss 143D und den negativen Anschluss 143E für die W-Phase geschaltet sein. Im Schaltplan, wie in 13 dargestellt, ist ein gemeinsamer Filmkondensator 25 angeschlossen.
  • Ferner ist im Leistungshalbleitermodul 4, wie durch die Draufsicht von 14 dargestellt, zwischen dem positiven Anschluss 141D und dem negativen Anschluss 141E für die U-Phase ein Filmkondensator 25A vorgesehen, zwischen dem positiven Anschluss 142D und dem negativen Anschluss 142E für die V-Phase ist ein Filmkondensator 25B vorgesehen und zwischen dem positiven Anschluss 143D und dem negativen Anschluss 143E für die W-Phase ist ein Filmkondensator 25C vorgesehen. Der Filmkondensator 25A, der Filmkondensator 25B und der Filmkondensator 25C, wie dargestellt, sind jeweils ein unabhängiger Filmkondensator. Der Filmkondensator 25A, der Filmkondensator 25B und der Filmkondensator 25C können in einem Gehäuse oder dergleichen aufgenommen sein, damit sie integriert sind. Es ist zu beachten, dass die Draufsicht von 14 eine Ausführungsform darstellt, in der das Innere des Harzgehäuses 11 des Leistungshalbleitermoduls 4, wie in 12 dargestellt, durch ein Dichtungsmaterial abgedichtet ist und ein oberes Ende der Öffnung des Harzgehäuses 11 mit einer Abdeckung 20 bedeckt ist.
  • Die Kapazität der Kondensatoren ist vorzugsweise insgesamt 100 μF bis 3000 μF, ferner vorzugsweise insgesamt 400 μF bis 600 μF.
  • Im Leistungshalbleitermodul 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Schenkel jeder Phase unabhängig den Leistungsversorgungsanschluss, der aus dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss besteht, so dass im Vergleich zu einem herkömmlichen Leistungshalbleitermodul mit einem positiven Anschluss, der für die U-Phase, V-Phase und W-Phase gemeinsam ist, und einem negativen Anschluss, der für die U-Phase, V-Phase und W-Phase gemeinsam ist, eine Spitzenspannung, die während eines Wechselrichterbetriebs erzeugt wird, verringert werden kann. Ferner wird insbesondere in einem herkömmlichen Leistungshalbleitermodul mit einer Dreiphasen-Wechselrichterschaltung, in der ein Glättungskondensator zwischen einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss geschaltet ist, eine Spitzenspannung zwischen dem positiven Anschluss und dem negativen Anschluss überlagert, so dass sie zum Zeitpunkt des Ausschaltens einer speziellen Phase und einer anderen Phase erzeugt wird. Im Leistungshalbleitermodul 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dagegen ein Paar des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses für jede Phase unabhängig vorgesehen, so dass eine Länge des positiven Anschlusses und des negativen Anschlusses jedes Schenkels im Inneren des Leistungshalbleitermoduls 4 verringert werden kann und im Wesentlichen gleich gemacht werden kann, und ein Abstand vom positiven Anschluss und negativen Anschluss jedes Schenkels zum Kondensator verringert werden kann und folglich eine Spitzenspannung gegenüber der herkömmlichen verringert werden kann.
  • 15 ist ein Graph, der ein Messergebnis einer Spitzenspannung des Leistungshalbleitermoduls 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angibt. 16 ist ein Graph, der ein Messergebnis einer Spitzenspannung eines herkömmlichen Leistungshalbleitermoduls angibt. Im Vergleich der Graphen von 15 und 16 war eine überlagerte Spitzenspannung ΔVPVNV, die am Leistungsversorgungsanschluss der V-Phase erzeugt wird, die zum Zeitpunkt des Ausschaltens der U-Phase erzeugt wird, kleiner im Vergleich zum herkömmlichen Modul unter Verwendung eines Leistungsversorgungsanschlusses, der den drei Phasen gemeinsam ist. In einem Beispiel, wie dargestellt, war, selbst wenn eine Schaltrate zum Zeitpunkt des Ausschaltens auf ungefähr 1,5-mal höher gesetzt wird, ΔVPVNV ein Fünftel der herkömmlichen, ungefähr 20 V.
  • Das Leistungshalbleitermodul 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann einen Kühler ähnlich zu jenem des Leistungshalbleitermoduls 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfassen. Selbst als Leistungshalbleitermodul, das in einem Fahrzeug mit einem begrenzten Raum für die Montage montiert werden soll, kann folglich die Montage des Leistungshalbleitermoduls leicht durchgeführt werden.
  • Ausführungsformen des Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung und dergleichen wurden vorstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, aber selbstverständlich sind das Leistungshalbleitermodul der vorliegenden Erfindung und dergleichen nicht auf die Beschreibung jeder Ausführungsform und Zeichnung begrenzt und können verschiedenartig modifiziert werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 2
    Leistungshalbleitermodul
    11
    Harzgehäuse
    11a
    Durchgangsloch
    12
    Metallbasisplatte
    13, 23
    Kühlgehäuse
    13a, 23a
    Bodenwand
    13b, 23b
    Seitenwand
    13c, 23c
    Einlassabschnitt
    13d, 23d
    Auslassabschnitt
    13e, 23e
    Einlasskanal
    13f, 23f
    Auslasskanal
    13g1, 23g1
    Flansch (erster Flansch)
    13g2, 23g2
    Flansch (zweiter Flansch)
    13eg, 23eg
    Kanalabschnitt (erster Kanalabschnitt)
    13fg, 23fg
    Kanalabschnitt (zweiter Kanalabschnitt)
    13h, 23h
    Schraubenloch
    14D, 14E
    externer Anschluss
    15
    Isolationssubstrat
    16
    Halbleiterchip (Halbleiterelement)
    17
    Rippe
    25
    Filmkondensator
    31
    Strömungspfadbauteil

Claims (18)

  1. Leistungshalbleitermodul, das Folgendes umfasst: eine Metallbasisplatte mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche; ein mehrlagiges Substrat, das mit der ersten Oberfläche verbunden ist, wobei das mehrlagige Substrat eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche umfasst; ein Halbleiterelement, das auf der dritten Oberfläche getragen ist; ein Harzgehäuse, das auf der Seite der ersten Oberfläche der Metallbasisplatte angeordnet ist, wobei das Harzgehäuse das mehrlagige Substrat und das Halbleiterelement umgibt; und ein Kühlgehäuse mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die um die Bodenwand ausgebildet ist, wobei ein Ende der Seitenwand mit der Seite der zweiten Oberfläche der Metallbasisplatte verbunden ist, derart, dass ein Kühlmittel in einem Raum zirkulieren kann, der durch die Metallbasisplatte, die Bodenwand und die Seitenwand umschlossen ist, wobei das Kühlgehäuse einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt für das Kühlmittel aufweist, wobei der Einlassabschnitt und der Auslassabschnitt entweder mit der Bodenwand oder der Seitenwand verbunden sind und entlang einer Umfangskante der zweiten Oberfläche der Metallbasisplatte angeordnet sind, wobei das Kühlgehäuse einen ersten Flansch, der auf einer Einlasskanalseite des Einlassabschnitts angeordnet ist, und einen zweiten Flansch, der auf einer Auslasskanalseite des Auslassabschnitts angeordnet ist, umfasst.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der erste Flansch einen ersten Kanalabschnitt, der dem Einlasskanal gegenüberliegt, und ein Paar von ersten Schraubenlöchern, die so angeordnet sind, dass sie den ersten Kanalabschnitt dazwischen aufweisen, umfasst, und der zweite Flansch einen zweiten Kanalabschnitt, der dem Auslasskanal gegenüberliegt, und ein Paar von zweiten Schraubenlöchern, die so angeordnet sind, dass sie den zweiten Kanalabschnitt dazwischen aufweisen, umfasst.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, wobei das Harzgehäuse ein Paar von ersten Durchgangslöchern, die den ersten Schraubenlöchern entsprechen, und ein Paar von zweiten Durchgangslöchern, die den zweiten Schraubenlöchern entsprechen, umfasst, wobei die ersten Schraubenlöcher und die ersten Durchgangslöcher in einer solchen Weise angeordnet sind, dass eine Schraube in einer Dickenrichtung des Harzgehäuses eingesetzt werden kann, und die zweiten Schraubenlöcher und die zweiten Durchgangslöcher in einer solchen Weise angeordnet sind, dass eine Schraube in der Dickenrichtung des Harzgehäuses eingesetzt werden kann.
  4. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 2, wobei ein Segment zwischen den ersten Schraubenlöchern und ein Segment zwischen den zweiten Schraubenlöchern im Wesentlichen zueinander parallel sind.
  5. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 4, wobei jeweilige Hauptachsenrichtungen des ersten Flanschs und des zweiten Flanschs sich entlang einer Richtung der langen Seite der Metallbasisplatte erstrecken.
  6. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterelement mehrere erste Halbleiterelemente, die einen oberen Zweig einer Wechselrichterschaltung bilden, und mehrere zweite Halbleiterelemente, die einen unteren Zweig der Wechselrichterschaltung bilden, umfasst, und die ersten Halbleiterelemente und die zweiten Halbleiterelement entlang einer Bewegungsrichtung eines Kühlmittels angeordnet sind, das im Kühlgehäuse zirkulieren kann.
  7. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der erste Flansch und der zweite Flansch jeweils durch eine Beilagscheibe an das Kühlgehäuse hartgelötet sind.
  8. Strömungspfadbauteil, das mit einem Leistungshalbleitermodul kombiniert werden kann, wobei das Leistungshalbleitermodul Folgendes umfasst: eine Metallbasisplatte; und ein Kühlgehäuse mit einer Bodenwand und einer Seitenwand, die um die Bodenwand ausgebildet ist, wobei ein Ende der Seitenwand mit einer hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte verbunden ist, und ein Kühlmittel in einem Raum zirkulieren kann, der durch die Metallbasisplatte, die Bodenwand und die Seitenwand umschlossen ist, ferner das Kühlgehäuse einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt für das Kühlmittel aufweist, wobei der Einlassabschnitt und der Auslassabschnitt entweder mit der Bodenwand oder der Seitenwand verbunden sind und entlang einer Umfangskante der hinteren Oberfläche der Metallbasisplatte angeordnet sind, wobei das Kühlgehäuse einen ersten Flansch, der auf einer Einlasskanalseite des Einlassabschnitts angeordnet ist, und einen zweiten Flansch, der auf einer Auslasskanalseite des Auslassabschnitts angeordnet ist, umfasst, und das Strömungspfadbauteil einen ersten Verbindungsabschnitt, der mit dem ersten Flansch verbunden werden kann, einen zweiten Verbindungsabschnitt, der mit dem zweiten Flansch verbunden werden kann, einen ersten Strömungspfad, der mit dem ersten Verbindungsabschnitt verbunden ist und das Kühlmittel zirkulieren kann, und einen zweiten Strömungspfad, der mit dem zweiten Verbindungsabschnitt verbunden ist und das Kühlmittel zirkulieren kann, umfasst und so angeordnet werden kann, dass es einer unteren Oberfläche des Kühlgehäuses zugewandt ist.
  9. Strömungspfadbauteil nach Anspruch 8, wobei der erste Flansch einen ersten Kanalabschnitt, der dem Einlasskanal gegenüberliegt, und ein Paar von ersten Schraubenlöchern umfasst, so dass sie den ersten Kanalabschnitt dazwischen aufweisen, der zweite Flansch einen zweiten Kanalabschnitt, der dem Auslasskanal gegenüberliegt, und ein Paar von zweiten Schraubenlöchern umfasst, so dass sie den zweiten Kanalabschnitt dazwischen aufweisen, der erste Verbindungsabschnitt mit Muttern versehen ist, die in Bezug auf die ersten Schraubenlöcher angeordnet sind, und der zweite Verbindungsabschnitt mit Muttern versehen ist, die in Bezug auf die zweiten Schraubenlöcher angeordnet sind.
  10. Strömungspfadbauteil nach Anspruch 8, wobei der erste Verbindungsabschnitt und der zweite Verbindungsabschnitt jeweils mit einer Nut zum Aufnehmen eines O-Rings versehen sind.
  11. Leistungshalbleitermodulstruktur, die aus dem Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 und dem Strömungspfadbauteil nach Anspruch 8 besteht, die miteinander kombiniert sind.
  12. Leistungshalbleitermodulstruktur nach Anspruch 11, wobei das Leistungshalbleitermodul und das Strömungspfadbauteil durch mehrere Schrauben befestigt sind.
  13. Leistungshalbleitermodulstruktur nach Anspruch 11, wobei der erste Verbindungskanal und der zweite Verbindungskanal jeweils mit einer Nut zum Aufnehmen eines O-Rings versehen sind und jede Nut mit dem O-Ring versehen ist.
  14. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, das mit einem ersten Paar, das aus einem oberen Zweig und einem unteren Zweig besteht, und einem zweiten Paar, das aus einem oberen Zweig und einem unteren Zweig besteht, versehen ist, wobei das erste Paar zumindest ein erstes mehrlagiges Substrat als mehrlagiges Substrat, erste Halbleiterelemente, die den oberen Zweig bilden, und zweite Halbleiterelemente, die den unteren Zweig bilden, als Halbleiterelement, und einen ersten Leistungsversorgungsanschluss, der Leistung zu den ersten Halbleiterelementen und den zweiten Halbleiterelementen zuführt, umfasst, und das zweite Paar zumindest ein zweites mehrlagiges Substrat als mehrlagiges Substrat, dritte Halbleiterelemente, die den oberen Zweig bilden, und vierte Halbleiterelemente, die den unteren Zweig bilden, als Halbleiterelement, und einen zweiten Leistungsversorgungsanschluss, der Leistung zu den dritten Halbleiterelementen und den vierten Halbleiterelementen zuführt, umfasst.
  15. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 14, wobei der erste Leistungsversorgungsanschluss einen ersten positiven Anschluss, der mit einer positiven Seite einer Leistungsquelle verbunden werden kann, und einen ersten negativen Anschluss, der mit einer negativen Seite der Leistungsquelle verbunden werden kann, umfasst, der zweite Leistungsversorgungsanschluss einen zweiten positiven Anschluss, der mit der positiven Seite der Leistungsquelle verbunden werden kann, und einen zweiten negativen Anschluss, der mit der negativen Seite der Leistungsquelle verbunden werden kann, umfasst, der erste positive Anschluss und der zweite positive Anschluss verschiedene Anschlüsse sind und dieselbe Form aufweisen, und der erste negative Anschluss und der zweite negative Anschluss verschiedene Anschlüsse sind und dieselbe Form aufweisen.
  16. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 15, wobei der erste positive Anschluss und der zweite positive Anschluss dieselbe Größe aufweisen, und der erste negative Anschluss und der zweite negative Anschluss dieselbe Größe aufweisen.
  17. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 15, wobei der erste positive Anschluss und der zweite positive Anschluss jeweils einen Schenkelabschnitt umfassen, der erste negative Anschluss und der zweite negative Anschluss jeweils einen Schenkelabschnitt umfassen, eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts des ersten positiven Anschlusses und eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts des ersten negativen Anschlusses zueinander parallel sind, eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts des zweiten positiven Anschlusses und eine Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts des zweiten negativen Anschlusses zueinander parallel sind, und die Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts des ersten positiven Anschlusses und die Verlaufsrichtung des Schenkelabschnitts des zweiten positiven Anschlusses zueinander parallel sind.
  18. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 15, wobei der erste positive Anschluss und der erste negative Anschluss in einer solchen Weise konfiguriert sind, dass ein erster Kondensator dazwischen angeschlossen sein kann, und der zweite positive Anschluss und der zweite negative Anschluss in einer solchen Weise konfiguriert sind, dass ein zweiter Kondensator dazwischen angeschlossen sein kann.
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