DE112016006751T5 - Leistungshalbleitermodul, Leistungsumsetzungsvorrichtung, die es verwendet, und Verfahren zum Herstellen der Leistungsumsetzungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es wird eine kompakte Leistungsumsetzungsvorrichtung bereitgestellt, die eine exzellente Flüssigkeitsdichtigkeit besitzt und eine hohe Zuverlässigkeit eines Anschlussverbindungsabschnitts aufweist. Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: ein Gehäuse, in dem ein Leistungshalbleiter untergebracht ist; einen strömungswegbildenden Körper, der mit einer Außenfläche des Gehäuses einen Strömungsweg bildet; ein erstes Befestigungsmaterial, das mit einem Kältemittel, das im Strömungsweg fließt, in Kontakt ist; und ein zweites Befestigungsmaterial, das in Kontakt mit dem ersten Befestigungsmaterial und dem strömungswegbildenden Körper ist und eine Gehäuseverschiebungsrichtung des ersten Befestigungsmaterials, die durch Wasserdruck bewirkt wird, abdeckt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungshalbleitermodul, eine Leistungsumsetzungsvorrichtung unter Verwendung desselben und ein Verfahren zum Herstellen der Leistungsumsetzungsvorrichtung und insbesondere auf eine Leistungsumsetzungsvorrichtung, die ein Leistungshalbleitermodul, das ein Leistungshalbleiterelement besitzt, enthält.
  • Technischer Hintergrund
  • Leistungsumsetzungsvorrichtungen unter Verwendung des Schaltens von Leistungshalbleiterelementen besitzen einen hohen Umsetzwirkungsgrad und wurden deshalb häufig in Verbraucheranwendungen, Kraftfahrzeuganwendungen, Bahnanwendungen, Umspannwerksanlagen und dergleichen verwendet. Das Leistungshalbleiterelement erzeugt Wärme durch Erregung, wodurch es eine hohe Wärmeabfuhr erfordert und unter Verwendung von Luft oder einer Flüssigkeit gekühlt wird. Insbesondere verwendet ein Leistungshalbleitermodul, das eine große Wärmeerzeugung aufweist, ein Kühlsystem unter Verwendung einer Flüssigkeit, wodurch es wichtig ist, eine Versiegelung vorzusehen, die eine Flüssigkeitsdichtigkeit eines Kältemittelströmungsweges, in dem das Leistungshalbleitermodul montiert ist, sicherstellt. PTL 1 ist als eine Struktur, in der ein Leistungshalbleitermodul in einem Kältemittelströmungsweg montiert wird und dann versiegelt wird, offenbart.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2007-250918 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In einer Halbleitereinrichtung, die in PTL 1 beschrieben ist, wird ein 0-Ring zum Abdichten verwendet. Dadurch ist es erforderlich, den O-Ring um einen vorgegebenen Betrag zu komprimieren, um eine Flüssigkeitsdichtigkeit sicherzustellen, und sowohl die Halbleitereinrichtungsseite als auch die Strömungswegseite erfordern eine hohe Steifigkeit. Somit sind die Probleme vorhanden, dass eine Abdichtungsstruktur groß wird und ein Material zum Komprimieren des O-Rings auf ein Metallmaterial beschränkt ist.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Miniaturisierung zu erreichen, während die Zuverlässigkeit sichergestellt ist.
  • Lösung des Problems
  • Eine Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: ein Gehäuse, in dem ein Leistungshalbleiter untergebracht ist; einen strömungswegbildenden Körper, der mit einer Außenfläche des Gehäuses einen Strömungsweg bildet; ein erstes Befestigungsmaterial in Kontakt mit einem Kältemittel, das im Strömungsweg fließt; und ein zweites Befestigungsmaterial, das in Kontakt mit dem ersten Befestigungsmaterial und dem strömungswegbildenden Körper ist und eine Gehäuseverschiebungsrichtung des ersten Befestigungsmaterials, die durch Wasserdruck bewirkt wird, abdeckt, wobei das erste Befestigungsmaterial und/oder das zweite Befestigungsmaterial eine Klebefähigkeit aufweisen.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Miniaturisierung erreicht, während die Zuverlässigkeit sichergestellt ist.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls 300 gemäß Beispiel 1.
    • [2] 2 ist eine perspektivische Abwicklung eines verbinderseitigen Leitersatzes 930 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [3] 3 ist eine perspektivische Ansicht während des Herstellens des Leistungshalbleitermoduls 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [4] 4 ist eine perspektivische Ansicht während des Herstellens des Leistungshalbleitermoduls 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [5] 5 ist eine Querschnittsansicht während des Herstellens des Leistungshalbleitermoduls 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [6] 6 ist eine perspektivische Ansicht während des Herstellens des Leistungshalbleitermoduls 300, das mit einem Versiegelungsharz 900 versehen ist, gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [7] 7 ist eine perspektivische Ansicht während des Erstellens einer Lamelle 910A des Leistungshalbleitermoduls 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [8] 8 ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls 300 von Beispiel 1.
    • [9] 9 ist ein Schaltplan eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [10] 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [11] 11 ist eine perspektivische Querschnittsansicht der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [12] 12 ist ein Analysemodelldiagramm gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [13] 13 ist ein Analyseergebnisdiagramm gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [14] 14 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [15] 15 ist Änderung 1 der Leistungsumsetzungsvorrichtung von Beispiel 1.
    • [16] 16 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 von einer dritten Ausführungsform.
    • [17] 17 veranschaulicht Änderung 2 der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 von der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [18] 18 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 von einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [19] 19 ist eine perspektivische Querschnittsansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 von einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • [20] 20 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung vom vergleichenden Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
    • [21] 21 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungsumsetzungsvorrichtung vom vergleichenden Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
    • [22] 22 ist Korrespondenztabelle 1 von einem ersten Befestigungsmaterial 901 und einem zweiten Befestigungsmaterial 902 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • [23] 23 ist Korrespondenztabelle 2 vom ersten Befestigungsmaterial 901 und vom zweiten Befestigungsmaterial 902 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird eine Beschreibung von Ausführungsformen eines Leistungshalbleitermoduls und einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben. Im Übrigen sind dieselben Elemente in den entsprechenden Zeichnungen durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und deren redundante Beschreibung wird unterlassen.
  • Beispiel 1
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls 300 der vorliegenden Ausführungsform. Das Leistungshalbleitermodul 300 enthält Folgendes: ein Versiegelungsharz 900 als ein Gehäuse, in dem ein Leistungshalbleiter untergebracht ist; die Anschlüsse 315B und 319B auf einer Gleichstromseite; einen Anschluss 320B auf einer Wechselstromseite; und die Signalanschlüsse 325U, 325L und 325S.
  • Das Versiegelungsharz 900 dichtet ein Leistungshalbleiterelement, das an einem Metallleiter wie z. B. einem Leiterrahmen 315 montiert ist und eine Keramiksubstratverdrahtung, die später beschrieben werden soll, ab. Der Anschluss 315B, der Anschluss 319B und der Anschluss 320B stehen von einer Oberfläche des Versiegelungsharzes 900 vor und sind in einer Linie angeordnet, derart, dass Seitenflächen benachbarter Anschlüsse einander gegenüberliegen. Eine Stufe, die konfiguriert ist, eine Versiegelungsstruktur in einem Versiegelungsabschnitt 900B zu bilden, ist auf einer Seite, auf der die Anschlüsse vorstehen, auf dem Versiegelungsharz 900 gebildet.
  • Wenn das Leistungshalbleitermodul 300 an einem strömungswegbildenden Körper 1000 befestigt ist, stellen ein erstes Befestigungsmaterial 901 und eine zweites Befestigungsmaterial 902, die auf dem Versiegelungsabschnitt 900B angeordnet sind, die Flüssigkeitsdichtigkeit eines kühlenden Kältemittels sicher, wie später beschrieben wird. Zusätzlich besitzt das Versiegelungsharz 900 eine Versiegelungsharzoberfläche 900A. Ein Herstellungsverfahren des Halbleitermoduls 300 des vorliegenden Beispiels wird unter Bezugnahme auf 2 und 7 beschrieben werden.
  • 2 ist eine Abwicklung, die eine Anordnungsbeziehung zwischen einem Leiterrahmen 315, einem Leiterrahmen 320 und einem Hochwärmeleiter 920 darstellt. Ein IGBT 155 auf einer Seite eines oberen Armes, der ein Leistungshalbleiterelement, das später beschrieben werden soll, ist, ist mit dem Leiterrahmen 315 verbunden. Ein IGBT 157 auf einer Seite eines unteren Armes, der ein Leistungshalbleiterelement ist, das später beschrieben werden soll, ist mit dem Leiterrahmen 320 verbunden. Der Leiterrahmen 315 und der Leiterrahmen 320 sind aus einem leitenden Metallelement, z. B. Kupfer, Aluminium oder dergleichen, hergestellt. Hier ist IGBT ein Kürzel für einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate.
  • Der Hochwärmeleiter 920 ist auf einer Seite angeordnet, die einer Seite, auf der das Leistungshalbleiterelement mit dem Leiterrahmen 315 oder dem Leiterrahmen 320 dazwischen eingeklemmt verbunden ist, gengenüberliegt. Der Hochwärmeleiter 920 ist derart vorgesehen, dass er jedem Leiterrahmen entspricht. Obwohl er in 2 nicht dargestellt ist, ist der Hochwärmeleiter 920 auch in einem Bereich, der dem Leiterrahmen 315 gegenüberliegt, angeordnet.
  • Eine Isolationsschicht 940 ist zwischen dem Hochwärmeleiter 920 und dem Leiterrahmen 315 und zwischen dem Hochwärmeleiter 920 und dem Leiterrahmen 320 angeordnet. Die Isolationsschicht 940 ist ein Element, das zum Zwecke der elektrischen Isolation zwischen dem Leiterrahmen 320 und dem Hochwärmeleiter 920 angeordnet ist. Als Isolationsschicht 940 wird z. B. eine epoxidharzbasierte Harzfolie, die mit Aluminiumoxidpartikeln und Bornitridpartikeln gefüllt ist, eine isolierende Keramikplatte aus Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid oder dergleichen verwendet. Der Hochwärmeleiter 920 ist am Leiterrahmen 320 angebracht, wobei die Isolationsschicht 940 dazwischen angeordnet ist. Wenn die Harzfolie verwendet wird, wird die Isolationsschicht 940 thermisch gepresst und unter Verwendung einer Vakuumpressmaschine gehärtet. Wenn die Keramikplatte verwendet wird, wird die Isolationsschicht 940 durch Metallgießen hergestellt, indem bewirkt wird, dass geschmolzenes Metall in eine Form fließt.
  • Der Leiterrahmen 315 und der Leiterrahmen 320 werden in einem Zustand, in dem sie mit einer Zugstrebe 912 verbunden sind, gebildet. Dadurch sind der Hochwärmeleiter 920 und der Leiterrahmen 320 als ein integrierter kollektorseitiger Leitersatz 930 mit der dazwischen eingeklemmten Isolationsschicht 940 zusammengesetzt.
  • 3 ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem der Leistungshalbleiter mit den Leiterrahmen 315 und 320 aus dem Zustand von 2 verbunden ist. Der IGBT 155 des oberen Armes, der die Schaltung eines oberen Armes einer Wechselrichterschaltung bildet, ist durch Löten mit dem Leiterrahmen 315 verbunden. Eine Diode 156, die die Schaltung des oberen Armes der Wechselrichterschaltung bildet, ist durch Löten mit dem Leiterrahmen 315 verbunden. Der IGBT 157 des unteren Armes, der die Schaltung eines unteren Armes der Wechselrichterschaltung bildet, ist durch Löten mit dem Leiterrahmen 320 verbunden. Eine Diode 158, die den unteren Arm der Wechselrichterschaltung bildet, ist durch Löten mit dem Leiterrahmen 320 verbunden. Die IGBTs 155 und 157 besitzen Signalelektroden, die jeweils auf einer Oberfläche auf einer Seite, an der eine Emitterelektrode gebildet ist, gebildet sind. Die Signalelektroden sind mit den Signalanschlüssen 325L und 325L des Leistungshalbleitermoduls 300 unter Verwendung von Aluminiumdrähten elektrisch verbunden. Dadurch sind die IGBTs 155 und 157 bei Positionen, die näher als die Dioden 156 und 158 bei den Signalanschlüssen liegen, angeordnet.
  • 4 ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem der Leiterrahmen und der Hochwärmeleiter 920 auf der Emitterelektrodenseite des Leistungshalbleiterelements aus dem Zustand von 3 angeordnet sind. Als eine Prozedur wird zunächst ein emitterseitiger Leitersatz 931 auf dieselbe Weise wie der kollektorseitige Leitersatz 930 in 2 gebildet wird, gebildet. Der emitterseitige Leitersatz 931 wird durch einen Leiterrahmen 318, der mit der Emitterelektrodenseite des IGBT 155 verbunden ist, oder einen Leiterrahmen 319, der mit der Emitterelektrodenseite des IGBT 157 verbunden ist, den Hochwärmeleiter 920 und die Isolationsschicht 940 gebildet.
  • Zusätzlich ist ein Temperatursensor 945 am Leiterrahmen 318 oder 320 angebracht. Ein Anschluss des Temperatursensors 945 ist an einen Signalanschluss des kollektorseitigen Leitersatzes 930 geschweißt. Es ist möglich, wenn eine Lamelle 910A durch Bearbeiten gebildet wird, die Wärmeerzeugung zu überwachen und ein Management derart durchzuführen, dass die Temperatur einen bestimmten Wert nicht überschreitet, indem der Temperatursensor 945 wie später unter Bezugnahme auf 7 beschrieben werden wird bereitgestellt wird.
  • Auf diese Weise werden der kollektorseitige Leitersatz 930 und der emitterseitige Leitersatz 931 derart angeordnet, dass sie einander derart gegenüberliegen, dass sie den Leistungshalbleiter einklemmen. Eine Anordnung des kollektorseitigen Leitersatzes 930 und des emitterseitigen Leitersatzes 931 wird als eine Leiteranordnung 950 bezeichnet.
  • 5 ist eine Ansicht, die einen Vorgang des Spritzpressens der Leiteranordnung 950 darstellt. Die Leiteranordnung 950 wird in Spritzgussmatrizen 960 und 961 gelegt und das Versiegelungsharz 900 wird durch ein Kolben 965 eingespritzt. Das Versiegelungsharz 900 wurde in der Matrize 3 Minuten bei einer Formtemperatur von 175 °C und einem Formdruck von 10 MPa gehärtet.
  • 6 stellt die Leiteranordnung 950, die durch Spritzpressen des Versiegelungsharzes 900 erhalten wird, dar. Der Hochwärmeleiter 920 ist mit dem Versiegelungsharz 900 abgedeckt. Das Versiegelungsharz 900 besitzt eine Versiegelungsharzoberfläche 900A, die aus im Wesentlichen derselben Ebene, die einen Bereich, der den Hochwärmeleiter 920 abdeckt, enthält, besteht.
  • Die Zugstrebe 912, die die Anschlüsse verbindet, wird nach dem Spritzpressen abgeschnitten. Als Ergebnis sind die Anschlüsse voneinander elektrisch getrennt.
  • 7 ist eine Ansicht, die einen Vorgang des Schleifens der Versiegelungsharzoberfläche 900A, um die Lamelle 910A zu bilden, darstellt. Die Versiegelungsharzoberfläche 900A wird durch Drehen eines Mehrklingenwerkzeugs 1300 mit einer hohen Drehzahl geschliffen. Das Mehrklingenwerkzeug 1300 besitzt eine Struktur, in der mehrere Klingen, bei deren distalen Enden Schleifkörner angebracht sind, gebündelt sind. Das Mehrklingenwerkzeug 1300 schleift den Hochwärmeleiter 920 gemeinsam mit dem Versiegelungsharz 900. Der geschliffene Hochwärmeleiter 920 bildet die Lamelle 910A. Eine Nuttiefe zwischen den Lamellen 910A beträgt etwa 1,5 mm. Ein Abschnitt, in dem die Lamelle 910A gebildet ist, fungiert als Wärmeabführabschnitt 910.
  • Der zu schleifende Abschnitt erzeugt während des Schleifens durch Reibungswärme Wärme, weshalb er durch Einspritzen von Kühlwasser gekühlt wird. Zusätzlich wird eine Innentemperatur unter Verwendung des Temperatursensors 945 oder dergleichen, der im Leistungshalbleitermodul 300 vorgesehen ist, überwacht und die Schleifdrehzahl wird derart angepasst, dass die Innentemperatur 150 °C nicht überschreitet. Als Ergebnis ist es möglich, ein erneutes Schmelzen von Lot aufgrund der Reibungswärme zu vermeiden. Zusätzlich ist es möglich, die Lamelle 910A einfach durch Schleifen unter Verwendung des Mehrklingenwerkzeugs 1300 herzustellen.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht des Leistungshalbleitermoduls 300. Wie in 8 dargestellt ist, entspricht der im Vorgang von 7 durch das Mehrklingenwerkzeug 1300 zu schleifende Abschnitt einem Abschnitt, in dem der Hochwärmeleiter 920 angeordnet ist. Das bedeutet, dass ein Teil des Hochwärmeleiters 920 abgekratzt wird. Im Leistungshalbleitermodul 300 des vorliegenden Beispiels ist die Rippe 910A auf beiden Seiten des Leistungshalbleiters gebildet.
  • In 8 sind die Leiterrahmen 319 und 320 derart angeordnet, dass sie den IGBT 157 auf der Seite des oberen Armes und die Diode 158 einklemmen. Der Hochwärmeleiter 920 ist auf einer Seite angeordnet, die einer Seite, auf der der IGBT 157 angeordnet ist, gegenüberliegt, wobei der Leiterrahmen 319 dazwischen eingeklemmt ist. Entsprechend ist der Hochwärmeleiter 920 auf einer Seite angeordnet, die einer Seite, auf der der Leistungs-IGBT 157 der Seite des unteren Armes angeordnet ist, gegenüberliegt, wobei der Leiterrahmen 320 dazwischen eingeklemmt ist. Die Isolationsschicht 940 ist zwischen dem Hochwärmeleiter 920 und dem Leiterrahmen 319 oder 320 angeordnet.
  • Wie durch eine punktierte Linie in 8 angedeutet ist, ist die Lamelle 910A derart gebildet, dass ein distales Ende der Lamelle 910A im Wesentlichen bündig mit der Versiegelungsharzoberfläche 900A ist. Mit anderen Worten ist die Lamelle 910A aus einer Wärmeabführfläche 910C, die derart gebildet ist, dass sie in Bezug auf die Versiegelungsharzoberfläche 900A zu einer Seite, die gegenüber einer Seite, auf der das Leistungshalbleiterelement angeordnet ist, liegt, versenkt ist, gebildet.
  • Zusätzlich ist, da die Lamelle 910A wie in 7 dargestellt gebildet ist, ein Versiegelungsharzstück 910B beim distalen Ende der Lamelle 910A angeordnet. Auf diese Weise ist das distale Ende der Lamelle 910A ursprünglich als das Versiegelungsharz 900 gebildet, derart, dass es wie in 6 dargestellt im Wesentlichen mit der Versiegelungsharzoberfläche 910A bündig ist.
  • Das Leistungshalbleitermodul 300 der vorliegenden Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, wird durch Schleifen eines Harzversiegelungsabschnitts, der den Hochwärmeleiter 920 abdichtet, in die Lamellenform verarbeitet. Im Übrigen wird der Wärmeabführabschnitt 910 im vorliegenden Beispiel durch das in 7 dargestellte Schleifverfahren gebildet, kann jedoch auch durch eine weitere Bearbeitung realisiert werden. Da der Umfang des Hochwärmeleiters 920 mit dem Versiegelungsharz 900 abgedichtet ist, ist es schwierig, dass der Leiter mit hoher Wärmeleitfähigkeit abgezogen wird, selbst wenn eine Temperaturänderung vorgenommen wird. Zusätzlich läuft das Versiegelungsharz 900 im Rahmen des Herstellens nicht in den Lamellenabschnitt aus, da die Lamelle 910A nach dem Versiegeln mit Harz gebildet wird, und ein Ertrag wird verbessert.
  • Es ist möglich, ein Metallmaterial, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, oder ein kohlenstoffhaltiges Material als ein Material des Hochwärmeleiters 920 zu verwenden. Zum Beispiel ist es möglich, Kupfer, Aluminium, Kupferkohlenstoff, Aluminiumkohlenstoff, Graphen oder dergleichen zu verwenden. Wenn ein aluminiumbasiertes Material oder einer kohlenstoffhaltiges Material verwendet wird, sind Effekte vorhanden, wodurch ein Schneiden einfach wird und die Produktivität verbessert wird.
  • Es ist möglich, ein Spritzgussharz, ein Vergussharz, ein Silikonharz oder dergleichen als ein Material des Versiegelungsharzes 900 zu verwenden, obwohl keine besondere Beschränkung vorliegt. Wenn das Spritzgussharz verwendet wird, liegen die Effekte vor, dass die Produktivität hoch ist und die Genauigkeit der Außenform hoch ist.
  • 9 ist ein Schaltplan des Leistungshalbleitermoduls 300 der vorliegenden Ausführungsform. Der Anschluss 315B wird von der Kollektorseite der Schaltung des oberen Armes ausgegeben und ist mit der Seite einer positiven Elektrode einer Batterie oder eines Kondensators verbunden. Der Anschluss 325U wird von einem Gate und einem Erfassungsemitter des IGBT 155 der Schaltung des oberen Armes ausgegeben. Der Anschluss 319B wird von der Emitterseite der Schaltung des unteren Armes ausgegeben und ist mit der Seite einer negativen Elektrode der Batterie oder des Kondensators oder mit GND verbunden. Der Anschluss 325L wird von einem Gate und einem Erfassungsemitter des IGBT 157 der Schaltung des unteren Armes ausgegeben. Der Anschluss 320B wird von der Kollektorseite der Schaltung des unteren Armes ausgegeben und ist mit einem Motor verbunden. Wenn eine Sternpunkterdung verwendet wird, ist die Schaltung des unteren Armes nicht mit GND, sondern mit der Seite der negativen Elektrode des Kondensators verbunden.
  • Das Leistungshalbleitermodul 300 des vorliegenden Beispiels ist eine 2-in-1-Struktur, die eine Struktur ist, in der zwei Armschaltungen aus einer Schaltung eines oberen Armes und einer Schaltung eines unteren Armes in ein Modul integriert sind. Wenn eine 3-in-1-Struktur, eine 4-in-1-Struktur, eine 6-in-1-Struktur oder dergleichen außer der 2-in-1-Struktur verwendet wird, ist es möglich, durch Verringern der Anzahl von Ausgangsanschlüssen vom Leistungshalbleitermodul eine Miniaturisierung zu erreichen.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Auftreten der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 darstellt. Das Auftreten der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird durch Befestigen eines Gehäuses 12, das eine im Wesentlichen rechteckige Oberseite oder Unterseite besitzt, eines oberen Gehäuses 10, das auf einem der Außenumfänge an einer kurzen Seite des Gehäuses 12 vorgesehen ist, und eines unteren Gehäuses 16 zum Schließen einer unteren Öffnung des Gehäuses 12 gebildet. Ein Kabel 18 überträgt einen Wechselstrom zum Motor. Der Verbinder 17 ist mit dem Kabel 18 verbunden und ist mit einer Seitenfläche des Gehäuses 12 verbunden. Die Gleichstromleistungsversorgungsverbinder 510 und 512 sind mit der einen Seitenfläche des Gehäuses 12, die einen Gleichstrom zum Leistungshalbleitermodul 300 überträgt und mit der der Verbinder 17 verbunden ist, verbunden.
  • Ein Signalverbinder 21 überträgt ein Signal zum Ansteuern des Leistungshalbleitermoduls 300 oder dergleichen. Der Signalverbinder 21 ist mit einer Seitenfläche verbunden, die von der einen Seitenfläche des Gehäuses 12, mit der der Verbinder 17 und die Gleichstromleistungsversorgungsverbinder 510 und 512 verbunden sind, verschieden ist. Ein Kühlwassereinlass 13 und ein Kühlwasserauslass 14 sind mit der einen Seitenfläche des Gehäuses 12 verbunden, mit der der Signalverbinder 21 verbunden ist.
  • 11 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittsstruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 darstellt. Das Leistungshalbleitermodul 300 ist im strömungswegbildenden Körper 1000 installiert. Der strömungswegbildende Körper 1000 bildet einen Kältemittelpfad, durch den ein Kältemittel, das das Leistungshalbleitermodul 300 kühlt, fließt. Der strömungswegbildende Körper 1000 besitzt eine Wandfläche 1001. Die Wandfläche 1001 bildet einen Strömungsweg, durch den das Kältemittel zwischen dem Wärmeabführabschnitt 910 des Leistungshalbleitermoduls 300 und der Wandfläche 1001 fließt. Die Wandfläche 1001 besitzt einen ebenen Strukturabschnitt 1001A derart, dass kein Kältemittel zwischen der Versiegelungsharzoberfläche 900A des Leistungshalbleitermoduls 300 und der Wandfläche 1001 fließt. Der strömungswegbildende Körper 1000 wird derart gebildet, dass ein Abstand zwischen den Wandflächen 1001, die einander gegenüberliegen, und ein Abstand zwischen der Versiegelungsharzoberfläche 900A auf einer Seite des Leistungshalbleitermoduls 300 und der Versiegelungsharzoberfläche 900A auf der anderen Seite im Wesentlichen gleich sind.
  • Der Versiegelungsabschnitt 900B des Leistungshalbleitermoduls 300 enthält das erste Befestigungsmaterial 901 und das zweite Befestigungsmaterial 902. Das erste Befestigungsmaterial 901 ist mindestens derart angebracht, dass es einen Spalt von etwa 0,5 mm zwischen der Versiegelungsharzoberfläche 900A, die vom Versiegelungsharz als das Gehäuse des Leistungshalbleiters gebildet ist, und der Wandfläche 1001 abdichtet. Das zweite Befestigungsmaterial 902 ist in Kontakt mit dem ersten Befestigungsmaterial 901 und der Wandfläche 1001 und deckt mindestens eine Verschiebungsrichtung des Gehäuse, in dem der Leistungshalbleiter untergebracht ist, die durch Wasserdruck bewirkt wird, ab.
  • Das erste Befestigungsmaterial 901 ist wünschenswerterweise aus einem Material, das ein niedriges Elastizitätsmodul besitzt, hergestellt, um den schmalen Spalt von etwa 0,5 mm zwischen der Versiegelungsharzoberfläche 900A und der Wandfläche 1001 abzudichten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine Differenz der Verschiebungen der Versiegelungsharzoberfläche 900A und der Wandfläche 1001 aufgrund von Wasserdruck, Vibration und Wärme derart auf den Versiegelungsabschnitt ausgeübt wird, dass es schwierig ist, der Verschiebungsdifferenz zu folgen, und im Falle des Verwendens eines Materials, das ein hohes Elastizitätsmodul besitzt, leicht ein Flüssigkeitsleck auftritt. Das Material, das das geringe Elastizitätsmodul besitzt, bedeutet in der vorliegenden Ausführungsform ein Material, das ein Speicherelastizitätsmodul von 0,1 MPa oder höher und 1 GPa, das durch eine dynamische Viskoelastizitätsprüfung erhalten wird, besitzt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Verschiebungsbetrag, der durch Wasserdruck bewirkt wird, groß ist, so dass es schwierig ist, eine Flüssigkeitsdichtigkeit über einen langen Zeitraum sicherzustellen, wenn das Elastizitätsmodul geringer als 0,1 MPa ist, und es schwierig ist, der Verschiebungsdifferenz zwischen der Versiegelungsharzoberfläche 900A und der Wandfläche 1001 aufgrund von Wasserdruck, Vibration oder Wärme zu folgen, und die Zuverlässigkeit der Flüssigkeitsdichte ist gering, wenn das Elastizitätsmodul höher als 1 GPa ist.
  • Als das erste Befestigungsmaterial 901 wurde ein gehärtetes, feuchtigkeitshärtbares Silikonharzprodukt, das ein Elastizitätsmodul von 2 MPa besitzt, verwendet. Das erste Befestigungsmaterial 901 ist Silikonharz und weist deshalb eine exzellente Wasserbeständigkeit auf. Zusätzlich wird das feuchtigkeitshärtbare Silikonharz in einem bis mehreren Tagen durch Absorbieren von Feuchtigkeit der Luft gehärtet und erfordert deshalb keinen Erwärmungsschritt, was im Sinne davon, dass während der Produktion eine geringe Energie erforderlich ist, vorteilhaft ist. Im Übrigen ist ein Kriterium für eine exzellente Wasserbeständigkeit in der vorliegenden Ausführungsform eine Gewichtsverlustrate von 10 % oder weniger nach 168 Stunden in einer gesättigten Dampfumgebung von 2 atm bei 120 °C. Es ist wünschenswert, dass das erste Befestigungsmaterial 901, das in Kontakt mit dem Kältemittel ist, eine exzellente Wasserbeständigkeit aufweist, um eine langfristige Zuverlässigkeit zu erfüllen. Zusätzlich ist es notwendig, dass das erste Befestigungsmaterial 901 nicht aus dem Spalt zur Lamelle 910A ausläuft, während es den Spalt füllt. Somit ist es wünschenswert, dass es eine Thixotropie von 1,5 oder höher aufweist. Die Thixotropie in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Wert, der durch Teilen der Viskosität bei einer Scherrate von 1 (1/s) durch die Viskosität bei einer Scherrate von 10 (1/s) erhalten wird. Durch Setzen der Thixotropie auf 1,5 oder höher ist es möglich, das Auslaufen zu verhindern, während die Viskosität zur Zeit des Beschichtens geringgehalten wird, so dass der Effekt auftritt, dass die Produktivität exzellent ist. Es ist außerdem wirksam, eine Struktur, in der der Spalt lokal zur Gehäuseseite oder zur Wandseite verengt ist, zu verwenden, um das Auslaufen zu verhindern.
  • Das zweite Befestigungsmaterial 902 gelangt in direkten Kontakt mit dem Gehäuse, in dem der Leistungshalbleiter untergebracht ist, oder in Kontakt mit dem Gehäuse, wobei das erste Befestigungsmaterial 901 dazwischen angeordnet ist, und verhindert dadurch eine Deformation des Gehäuses, die durch Wasserdruck bewirkt wird. Somit ist es wünschenswert, dass das zweite Befestigungsmaterial 902 aus einem Material, das ein hohes Elastizitätsmodul besitzt, hergestellt ist. Das Material, das das hohe Elastizitätsmodul besitzt, bedeutet in der vorliegenden Ausführungsform ein Material, das ein Speicherelastizitätsmodul von 4 GPa oder höher, das durch eine dynamische Viskoelastizitätsprüfung erhalten wird, besitzt. Die ist darauf zurückzuführen, dass eine Dicke, die erforderlich ist, um die Deformation, die durch Wasserdruck bewirkt wird, zu unterdrücken, groß ist, derart, dass kein Vorzug einer Größenverminderung verglichen mit einer O-Ring-Struktur vorliegt, wenn das Elastizitätsmodul geringer als 4 GPa ist.
  • Als das zweite Befestigungsmaterial 902 wurde ein gehärtetes, wärmehärtbares Silikonharzprodukt, das ein Elastizitätsmodul von 15 GPa besitzt, verwendet. Eine Härtungsbedingung ist drei Stunden bei 120 °C und ein Härten durch Erwärmen ist erforderlich, wodurch während der Produktion Energie erforderlich ist, jedoch liegen die Vorteile vor, dass die Härtungsdauer kurz ist und die Produktivität exzellent ist. Zusätzlich besitzt das Epoxidharz ein hohes Elastizitätsmodul und eine exzellente Klebefähigkeit, wodurch es Effekte des Unterbindens der Deformation des ersten Befestigungsmaterials und des Verbesserns der Verbindungszuverlässigkeit des Leistungshalbleitermodulanschlusses durch Verkleben mit dem Gehäuse, in dem der Leistungshalbleiter untergebracht ist, und einem wasserpfadbildenden Körper aufweist. Die Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 enthält eine gestapelte Verdrahtungsplatine 501 und eine Platte 1200.
  • Nach dem Einsetzen des Leistungshalbleitermoduls 300 in den strömungswegbildenden Körper 1000 werden die Anschlüsse 319B, durch die ein großer Strom fließt, und der Anschluss 315B und der Anschluss 320B (die nicht dargestellt sind) an die Anschlüsse, die von der Platte 1200, in der Sammelschienenverdrahtungen in mehreren Schichten gestapelt sind, vorstehen, geschweißt. Ferner wird die gestapelte Verdrahtungsplatine 501, auf der Befestigungsteile angeordnet sind, zusammengesetzt und die Signalanschlüsse 325U und 325S, der Anschluss 325L (der nicht dargestellt ist) und die gestapelte Verdrahtungsplatine 501 werden durch Lot oder dergleichen elektrisch verbunden. Da die gestapelte Verdrahtungsplatine 501 und die Platte 1200 dreidimensional gestapelt sein können, ist es möglich, die Leistungsumsetzungsvorrichtung zu miniaturisieren.
  • Das Leistungshalbleitermodul 300 ist derart in den strömungswegbildenden Körper 1000 eingesetzt, dass die Versiegelungsharzoberfläche 900A in Kontakt mit der Wandfläche 1001 des strömungswegbildenden Körpers 1000 ist. Als Ergebnis ist das Leistungshalbleitermodul 300 derart angeordnet, dass das distale Ende der Lamelle 910A des Wärmeabführabschnitts 910, das derart gebildet ist, dass es im Wesentlichen bündig mit der Versiegelungsharzoberfläche 900A gebildet ist, an der Wandfläche 1001 des strömungswegbildenden Körpers 1000 anliegt. Deshalb wird verhindert, dass das Kältemittel, das zwischen dem Wärmeabführabschnitt 910 und der Wandfläche 1001 fließt, zwischen der Versiegelungsharzfläche 900A und der Wandfläche 1001, zwischen dem distalen Ende der Lamelle 910A und der Wandfläche 1001 und dergleichen als Umgehungsstrom fließt. Da der Wärmeabführabschnitt 910 aus dem Hochwärmeleiter 920, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, gebildet ist, ist es möglich, die Wärme des Leistungshalbleiters wirksam zu kühlen. Deshalb besitzt das Leistungshalbleitermodul 300 der vorliegenden Ausführungsform eine exzellente Zuverlässigkeit.
  • Zusätzlich ist der Strömungsweg, durch den das Kältemittel fließt, unter Verwendung einer Kombination der Struktur der Lamelle 910A, die auf der Seite des Leistungshalbleitermoduls 300 gebildet ist, und der Wandfläche 1001 auf der Ebene, die auf der Seite des strömungswegbildenden Körpers 1000 gebildet ist, konfiguriert. Da die Struktur auf diese Weise vereinfacht ist, ist es leicht, die Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 herzustellen.
  • Der strömungswegbildende Körper 1000 ist nicht besonders beschränkt, solange er eine wasserdichte Struktur besitzt, und kann unter Verwendung von Metall wie z. B. Aluminium und Aluminiumdruckguss, einem thermoplastischen Harz wie z. B. Polyphenylensulfid (PPS), Polybutylenterephthalat, Polyamid, Polyimid und Polytetrafluorethylen oder einem wärmehärtbaren Harz wie z. B. einem Epoxidharz hergestellt werden. Der strömungswegbildende Körper, der aus einem Harz wie z. B. PPS hergestellt ist, ist in dem Sinne vorteilhaft, dass er ein leichtes Gewicht besitzt und in eine komplizierten Form im Vergleich zu Aluminium gebildet werden kann, ist jedoch nachteilig in dem Sinne, dass die Steifigkeit gering ist. Dadurch ist der Nachteil vorhanden, dass die Größe um die Steifigkeit in einer Versiegelungsstruktur, in der das Abdichten durch Kompression um einen vordefinierten Betrag wie z. B. in einem O-Ring durchgeführt wird, sicherzustellen, ansteigt. In der Dichtungsstruktur, in der das Abdichten wie in der vorliegenden Ausführungsform durch Haftung erreicht wird, tritt jedoch der Effekt auf, dass es möglich ist, die Flüssigkeitsdichtigkeit sogar dann sicherzustellen, wenn die Steifigkeit des Gehäuses, das den Halbleiter und den strömungswegbildenden Körper 1000 enthält, gering ist.
  • Da das Kältemittel durch die Lamelle 910A und den Boden des Leistungshalbleitermoduls 300 fließt, wird Wasserdruck auf diese Abschnitte ausgeübt. Der Wasserdruck, der auf die Lamelle 910A ausgeübt wird, ist im Wesentlichen mit dem entgegengesetzten Wasserdruck im Gleichgewicht und bewirk deshalb keine große Verschiebung. Andererseits bewirkt der Wasserdruck, der an die Bodenfläche des Leistungshalbleitermoduls 300 ausgeübt wird, eine Verschiebung in einer Richtung, die das Leistungshalbleitermodul 300 nach oben schiebt. Diese Verschiebung wird als Belastung auf einen Verbindungsabschnitt zwischen der Sammelschienenverdrahtung und den Anschlüssen 319B, 315B oder 320B, durch die ein großer Strom fließt, ausgeübt, insbesondere auf einen Lötverbindungsabschnitt zwischen dem Signalanschluss 325U, 325S oder 325L und der gestapelten Verdrahtungsplatine 501, und trägt als Faktor zu einer abnehmenden Anschlussverbindungslebensdauer bei. Es ist möglich, sowohl den Effekt des Abdichtens gegen das Kältemittel als auch den Effekt des Unterbindens der Verschiebung, der durch Wasserdruck bewirkt wird, bereitzustellen, indem der Versiegelungsabschnitt 900B wie in der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung des ersten Befestigungsmaterials 901 und des zweiten Befestigungsmaterials 902 gebildet wird.
  • 12 stellt ein analytisches Modell dar, das Wandflächen des Leistungshalbleitermoduls 300 und den wasserpfadbildenden Körper 1000 durch Wasserdruck modelliert. Als Wasserdruck wurden 0,25 MPa, was ein maximaler Wasserdruck ist, um das Kältemittel am Beginn einzuspeisen, in der Richtung, die durch einen dicken Pfeil angegeben ist, angelegt. Zusätzlich war die Wandfläche 1001 des wasserpfadbildenden Körpers 1000 vollständig fest. Ein Material 1, das ein Elastizitätsmodul von 2 MPa besitzt, wurde als das erste Befestigungsmaterial 901 verwendet und ein Material 2, das ein Elastizitätsmodul von 15 GPa besitzt, wurde als das zweite Befestigungsmaterial 902 verwendet. Die Verschiebung, die durch einen Wasserdruck bei einer Verschiebungsberechnungsposition, die als ein Anschlussabschnitt des Leistungshalbleitermoduls 300 angenommen wurde, bewirkt wird, wurde erhalten, während eine Dicke des Materials 1 zu 3 mm festgelegt wurde und eine Dicke des Materials 2 im Bereich von 0 bis 10 mm verändert wurde.
  • 13 stellt eine Beziehung zwischen der Verschiebung und der Dicke von Material 2 dar. Wenn das Material 2 0 mm betrug, trat eine Verschiebung von etwa 700 µm auf, jedoch war die Verschiebung stark reduziert, wenn Material 2 derart bereitgestellt wurde, dass die Verschiebung derart verringert wurde, dass sie weniger als 20 µm war, wenn die Dicke des Materials 2 1 mm oder mehr betrug. Auf diese Weise wurde gefunden, dass es möglich ist, die Verschiebung, die an den Anschlussverbindungsabschnitt des Leistungshalbleitermoduls angelegt wird, durch Bilden des Materials, das das hohe Elastizitätsmodul besitzt, als das zweite Befestigungsmaterial 902 zu unterbinden, selbst wenn das Material, das das niedrige Elastizitätsmodul, das hochkompatibel mit der Verschiebung ist, besitzt, als das erste Befestigungsmaterial 901 verwendet wird.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts A von 10. Das Gehäuse 12 bildet den strömungswegbildenden Körper 1000. Das Kältemittel, das vom Kühlwassereinlass 13 in einen Wasserweg 19 fließt, fließt wie durch Pfeile angezeigt in den Wasserweg 19 und wird aus dem Kühlwasserauslass 14 ausgestoßen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die sechs Leistungshalbleitereinrichtungen 300 entlang des Kühlwasserstroms im Strömungsweg 19 angeordnet.
  • 15 ist eine schematische Ansicht, die eine Änderung der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Ein Änderungspunkt von 11 ist, dass ein Abschnitt der Wandfläche 1001 des strömungswegbildenden Körpers 1000, der zwischen den Leistungshalbleitermodulen 300 eingeklemmt ist, vom zweiten Befestigungsmaterial 902 bedeckt ist. Da es möglich ist, die benachbarten zweiten Befestigungsmaterialien 902 gleichzeitig einzuspritzen, liegt ein Effekt vor, dass die Bewegung einer Düse zum Einspritzzeitpunkt gering ist, so dass die Produktivität verbessert werden kann.
  • Beispiel 2
  • Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist von der ersten Ausführungsform in dem Sinne verschieden, dass ein gehärtetes, wärmehärtbares Silikonharzprodukt, das ein Elastizitätsmodul von 2 MPa besitzt, als das erste Befestigungsmaterial 901 verwendet wird. Das feuchtigkeitshärtbare Silikonharz, das in der ersten Ausführungsform verwendet wird, erfordert einen bis einige Tage, um zu härten, und die Produktionsgeschwindigkeit ist niedrig. Andererseits ist eine Härtungsbedingung des wärmehärtbaren Silikonharzes so kurz wie eine Stunde bei 100 °C, so dass die Produktionsgeschwindigkeit hoch ist. Das wärmehärtbare Epoxidharz, das für das zweite Befestigungsmaterial 902 verwendet wird, und das Silikonharz weisen verschiedene Löslichkeitsparameter auf und sind nicht kompatibel, weshalb sie nicht miteinander gemischt werden, selbst wenn sie in einem ungehärteten Zustand aufgebracht werden, so dass es möglich ist, ein gehärtetes Produkt in einem zweischichtigen Zustand zu erhalten. Nach dem Aufbringen des wärmehärtbaren Silikonharzes des ersten Befestigungsmaterials 901 wird das wärmehärtbare Epoxidharz des zweiten Befestigungsmaterials 902 im ungehärteten Zustand aufgebracht und das erste Befestigungsmaterial 901 und das zweite Befestigungsmaterial 902 werden gleichzeitig unter einer Härtungsbedingung von drei Stunden bei 120 °C gehärtet, wobei der Effekt vorliegt, dass es möglich ist, die Produktionsgeschwindigkeit zu verbessern, ohne die Energie während der Produktion zu erhöhen.
  • Beispiel 3
  • 16 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittsstruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Ein Unterschied von der ersten Ausführungsform ist, dass ein gehärtetes Urethanharzprodukt, das ein Elastizitätsmodul von 2 MPa besitzt, als das erste Befestigungsmaterial 901 verwendet wird und eine Harzplatte, die ein Elastizitätsmodul von 18 GPa besitzt und aus PPS besteht und mechanisch am strömungswegbildenden Körper 1000 befestigt ist, als das zweite Befestigungsmaterial 902 verwendet wird. Als das Urethanharz wurde ein wasserdichtes Zweikomponenten-Urethanharz verwendet. Eine Härtungsbedingung ist zwei Stunden bei 100 °C. Da das zweite Befestigungsmaterial mechanisch befestigt ist, liegt der Effekt vor, dass die Produktionsgeschwindigkeit hoch ist. Zusätzlich ist die Reaktivität des Urethanharzes der eines Epoxidharzes überlegen und somit liegt der Effekt vor, dass es möglich ist, die für den Effekt erforderliche Energie zu verringern. Das Urethanharz wird als das erste Befestigungsmaterial 901 von oberhalb des zweiten Befestigungsmaterials 902 eingespritzt. Als Ergebnis liegt der Effekt vor, dass die Bewegung einer Düse zur Einspritzzeit gering ist, so dass es möglich ist, die Produktivität zu verbessern.
  • 17 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittsstruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform darstellt. Als das zweite Befestigungsmaterial 902 wird ein Überstand, der einen Teil eines Gehäuses, in dem ein Leistungshalbleiter untergebracht ist, in einer Richtung der Verschiebung, die durch Wasserdruck bewirkt wird, abdeckt, im Voraus im strömungswegbildenden Körper 1000 gebildet. Durch Bilden des zweiten Befestigungsmaterials 902 im Voraus im strömungswegbildenden Körper 1000 liegt der Effekt vor, dass kein Bedarf des mechanischen Befestigens vorliegt, so dass die Produktivität exzellent wird. Ein Harz, das ein Elastizitätsmodul von 18 GPa besitzt und aus PPS besteht wurde als der strömungswegbildende Körper 1000 verwendet. Da der strömungswegbildende Körper 1000 aus dem Harz hergestellt ist, liegt der Effekt vor, dass es leicht ist, eine komplizierte Form zu bilden.
  • Beispiel 4
  • 18 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittsstruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. Ein Änderungspunkt von der ersten Ausführungsform ist, dass das erste Befestigungsmaterial 901 und das zweite Befestigungsmaterial 902 abgestufte Materialien sind. Ein Urethanharz, das ein Elastizitätsmodul von 2 MPa besitzt, wurde im Voraus aufgebracht und dann wurde ein Epoxidharz in einem ungehärteten Zustand aufgebracht. Das Urethanharz und das Epoxidharz waren in der Nähe einer Schnittstelle teilweise kompatibel, um ein abgestuftes Material zu werden. Da das erste Befestigungsmaterial 901 und das zweite Befestigungsmaterial teilweise kompatibel sind, sind das erste Befestigungsmaterial 901 und das zweite Befestigungsmaterial in engem Kontakt miteinander, so dass der Effekt, dass das zweite Befestigungsmaterial 902 eine Verschiebung des ersten Befestigungsmaterials 901 unterbindet, hoch ist.
  • Beispiel 5
  • 19 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittsstruktur der Leistungsumsetzungsvorrichtung 200 gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt. Änderungspunkte von der ersten Ausführungsform sind, dass ein Polyethylenterephthalatband (PTFE-Band) für das erste Befestigungsmaterial 901 verwendet wird und dass ein gehärtetes ultraviolett-härtbares (UV-härtbares) Harzprodukt für das zweite Befestigungsmaterial 902 verwendet wird. Ein wasserdichtes Band wurde um ein Gehäuse, in dem ein Leistungshalbleiter untergebracht ist, gewickelt, das Resultierende wurde in den wasserpfadbildenden Körper 1000 eingesetzt und dann wurde ein UV-härtbares Harz als das zweite Befestigungsmaterial 902 eingespritzt. Danach wurde das UV-härtbare Harz dadurch, dass es für etwa eine Minute mit ultravioletten Strahlen bestrahlt wurde, gehärtet. Es ist unter Verwendung des UV-härtbaren Harzes möglich, Energie lediglich in der Nähe des zu härtenden Harzes aufzubringen, wodurch der Effekt vorliegt, dass es möglich ist, die Energie während der Produktion zu verringern. Zusätzlich wird die Härtungszeit durch die Bestrahlung mit den ultravioletten Strahlen hoher Intensität verkürzt, so dass ein Effekt vorliegt, dass es möglich ist, die Produktionsgeschwindigkeit wesentlich zu verbessern.
  • Vergleichendes Beispiel 1
  • 20 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittsstruktur einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einem vergleichenden Beispiel 1 darstellt. Ein O-Ring 904 stellt die Flüssigkeitsdichtigkeit zwischen dem Leistungshalbleitermodul 300 und dem wasserpfadbildenden Körper 1000 sicher. Eine mechanische Befestigungsstruktur zum Komprimieren des O-Rings 904 und eine Steifigkeit zum Komprimieren des O-Rings waren erforderlich und die Größe war erhöht.
  • Vergleichendes Beispiel 2
  • 21 ist eine schematische Ansicht, die eine Querschnittsstruktur einer Leistungsumsetzungsvorrichtung gemäß einem vergleichenden Beispiel 2 darstellt. Ein gehärtetes Epoxidharzprodukt, das ein Elastizitätsmodul von 15 GPa besitzt, ist auf dem Leistungshalbleitermodul 300 und dem wasserpfadbildenden Körper 1000 gebildet, um die Flüssigkeitsdichtigkeit sicherzustellen. Risse wurden im gehärteten Epoxidharzprodukt aufgrund einer Differenz der Verschiebung, die durch Wasserdruck, Vibration und Wärme zwischen dem wasserpfadbildenden Körper 1000 und dem Leistungshalbleitermodul bewirkt wurde, erzeugt, so dass sich die Flüssigkeitsdichtigkeit verschlechterte.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    oberes Gehäuse
    12
    Gehäuse
    13
    Kühlwassereinlass
    14
    Kühlwasserauslass
    16
    unteres Gehäuse
    17
    Verbinder
    18
    Kabel
    19
    Strömungsweg
    21
    Signalverbinder
    155
    IGBT für einen oberen Arm
    156
    Diode
    157
    IGBT für einen unteren Arm
    158
    Diode
    200
    Leistungsumsetzungsvorrichtung
    300
    Leistungshalbleitermodul
    315
    Leiterrahmen
    315B
    Anschluss
    318
    Leiterrahmen
    319
    Leiterrahmen
    319B
    Anschluss
    320
    Leiterrahmen
    320B
    Anschluss
    325L
    Anschluss
    325S
    Anschluss
    325U
    Anschluss
    501
    gestapelte Verdrahtungsplatine
    510
    Gleichstromleistungsversorgungsverbinder
    512
    Gleichstromleistungsversorgungsverbinder
    900
    Versiegelungsharz
    900A
    Versiegelungsharzoberfläche
    900B
    Versiegelungsabschnitt
    901
    erstes Befestigungsmaterial
    902
    zweites Befestigungsmaterial
    904
    O-Ring
    910
    Wärmeabführabschnitt
    910A
    Lamelle
    910B
    Versiegelungsharzstück
    910C
    Wärmeabführfläche
    912
    Zugstrebe
    920
    Hochwärmeleiter
    930
    kollektorseitiger Leitersatz
    931
    emitterseitiger Leitersatz
    940
    Isolationsschicht
    945
    Temperatursensor
    950
    Leiteranordnung
    960
    Spritzgussmatrize
    961
    Spritzgussmatrize
    965
    Kolben
    1000
    strömungswegbildender Körper
    1001
    Wandfläche
    1001A
    ebener Strukturkörper
    1200
    Platte
    1300
    Mehrklingenwerkzeug
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007250918 A [0003]

Claims (14)

  1. Leistungshalbleitermodul, das Folgendes enthält: ein Gehäuse, in dem ein Leistungshalbleiter untergebracht ist und das an einem strömungswegbildenden Körper befestigt ist; ein erstes Befestigungsmaterial, das in Kontakt mit einem Kältemittel ist; und ein zweites Befestigungsmaterial, das in Kontakt mit dem ersten Befestigungsmaterial und dem strömungswegbildenden Körper ist und eine Gehäuseverschiebungsrichtung des ersten Befestigungsmaterials, die durch Wasserdruck bewirkt wird, abdeckt.
  2. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1, wobei ein Elastizitätsmodul des ersten Befestigungsmaterials niedriger als ein Elastizitätsmodul des zweiten Befestigungsmaterials ist.
  3. Leistungshalbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Befestigungsmaterial ein Harz ist.
  4. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Befestigungsmaterial ein gehärtetes Harzprodukt ist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zweite Befestigungsmaterial ein gehärtetes Harzprodukt ist.
  6. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Elastizitätsmodul des ersten Befestigungsmaterials im Bereich von 0,1 MPa bis 1 GPa liegt und das Elastizitätsmodul des zweiten Befestigungsmaterials 4 GPa oder höher ist.
  7. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das erste Befestigungsmaterial eine Gewichtsverlustrate von 10 % oder weniger nach einer Exposition gegenüber gesättigtem Dampf von 2 atm bei 120 °C über 168 Stunden aufweist.
  8. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Befestigungsmaterial ein gehärtetes Produkt eines Harzes, das eine Thixotropie von 1,5 oder höher aufweist, ist.
  9. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Befestigungsmaterial ein Abschnitt eines abgestuften Materials mit niedrigem Elastizitätsmodul ist und das zweite Befestigungsmaterial ein Abschnitt des abgestuften Materials mit hohem Elastizitätsmodul ist.
  10. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste Befestigungsmaterial ein Silikonharz ist.
  11. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Befestigungsmaterial ein Urethanharz ist.
  12. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das zweite Befestigungsmaterial ein ultraviolett-härtbares Harz ist.
  13. Leistungsumsetzungsvorrichtung, die Folgendes enthält: das Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und einen strömungswegbildenden Körper, der mit einer Außenfläche des Gehäuses einen Strömungsweg bildet.
  14. Verfahren zum Herstellen einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, das Folgendes umfasst: einen ersten Schritt des Unterbringens eines Gehäuses, in dem ein Leistungshalbleiter untergebracht ist, in einem Strömungsweg eines strömungswegbildenden Körpers; einen zweiten Schritt des Anordnens eines ersten Befestigungsmaterials derart, dass es in Kontakt mit einem Kältemittel, das im Strömungsweg fließt, gelangt; und einen dritten Schritt des Anordnens eines zweiten Befestigungsmaterials derart, dass es in Kontakt mit dem ersten Befestigungsmaterial und dem strömungswegbildenden Körper gelangt und eine Gehäuseverschiebungsrichtung des ersten Befestigungsmaterials, die durch Wasserdruck bewirkt wird, abdeckt, wobei das erste Befestigungsmaterial oder das zweite Befestigungsmaterial oder das erste Befestigungsmaterial und das zweite Befestigungsmaterial durch Härten eines flüssigen Harzes gebildet werden.
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