DE112017001840T5 - Leistungsmodul, leistungs-halbleitereinheit und verfahren zur herstellung eines leistungsmoduls - Google Patents

Leistungsmodul, leistungs-halbleitereinheit und verfahren zur herstellung eines leistungsmoduls Download PDF

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Hiroyuki Yoshihara
Dai Nakajima
Masaki Goto
Kiyofumi Kitai
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Leistungsmodul mit geringer Abmessung anzugeben, wobei die elektrische Isolierung zwischen dessen Leiterrahmen und dessen Metallbasis verbessert wird. Das Leistungsmodul (20) der Erfindung weist Folgendes auf: ein Leistungselement (4), eine Metallbasis (3), um Wärme von dem Leistungselement (4) abzuführen, einen Leiterrahmen (1), der mit Elektroden des Leistungselements (4) elektrisch verbunden ist, sowie eine Harz-Verkapselung (7), die das Leistungselement (4) so verkapselt, dass die eine Oberfläche der Metallbasis (3) und ein Teil des Leiterrahmens (1) von der Verkapselung freiliegen. Die Harz-Verkapselung (7) des Leistungsmoduls (20) weist Folgendes auf: einen Körperbereich (10), in dem das Leistungselement (4) und ein Teil des Leiterrahmens (1) angeordnet sind und an dessen unterer Oberfläche (10b) die eine Oberfläche der Metallbasis (3) freiliegt; sowie einen Rippenbereich (11), der an der unteren Oberfläche (10b) des Körperbereichs (10) so angeordnet ist, dass er eine äußere Peripherie der Metallbasis (3) umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs (10) in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche (10b) vorsteht; wobei der Körperbereich (10) in Bezug auf die freiliegende eine Oberfläche der Metallbasis (3) als einer vertikalen Referenz eine nach oben konvexe Form aufweist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsmodul und eine Leistungs-Halbleitereinheit, die mit dem Leistungsmodul und einem Kühlkörper (einer Wärmesenke) versehen ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Leistungsmodule werden in einer breiten Vielfalt von Geräten von industriellen Geräten bis zu Unterhaltungselektronik oder Haushaltselektronik und Informationsterminals zur Steuerung einer Stromversorgung (zur Leistungssteuerung) verwendet. Eine Reihe von Beispielen für die Leistungsmodule weist Wechselrichter für eine Umwandlung von DC-Energie in AC-Energie und dergleichen auf. Da derartige Leistungsmodule unter einem hohen Strom und einer hohen Spannung betrieben werden, wird es als wichtig erachtet, dass sie eine hohe elektrische Isolierung sicherstellen und dass sie ermöglichen, dass aufgrund des Betriebs erzeugte Wärme effizient in den Außenraum der Leistungsmodule entweichen kann.
  • In dem Patentdokument 1 ist zum Beispiel eine Leistungs-Halbleitereinheit (ein Leistungsmodul) offenbart, bei der (bei dem) mehrere Leistungs-Halbleiterelemente (Leistungselemente) durch Verwenden eines Lots an eine Wärmeabführungsplatte gebondet sind und durch eine geformte Harz-Umhüllung verkapselt sind. Die Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Patentdokument 1 ist sandwichartig angeordnet zwischen: einer Halteplatte, die an einer oberen Oberfläche der geformten Harz-Umhüllung angeordnet ist; und einer Wärmeabführungsrippe (einem Kühlkörper bzw. einer Wärmesenke), die (der) sich durch ein thermisch leitfähiges Fett in Kontakt mit der unteren Oberfläche befindet, an der die Wärmeabführungsplatte (die Metallbasis) freiliegt; und die Leistungs-Halbleitereinheit ist mit Hilfe einer Schraube, die in ein in der Halteplatte, der geformten Harz-Verkapselung und der Wärmeabführungsplatte ausgebildetes Durchgangsloch eingesetzt ist, an der Wärmeabführungsrippe befestigt.
  • Ferner ragen jeweilige Enden eines plattenartigen Verdrahtungselements (eines Leiterrahmens), das (der) mit Elektroden der mehreren Halbleiterelemente verbunden ist, bei der Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Patentdokument 1 als äußere Elektroden aus lateralen Oberflächen der geformten Harz-Verkapselung heraus. Die Elektroden an der vorderen Oberfläche der Halbleiterelemente sind mittels Drähten mit dem Verdrahtungselement verbunden, und die Elektroden an der rückwärtigen Oberfläche der Halbleiter sind mittels der Wärmeabführungsplatte mit dem Verdrahtungselement verbunden.
  • Bei jedem von einem Halbleitermodul (einem Leistungsmodul) in dem Patentdokument 2 und einem Leistungsmodul in dem Patentdokument 3 sind indessen jeweilige Endbereiche eines freiliegenden Materialelements, das an der Oberfläche freiliegt, die in Richtung zu der Wärmeabführungsplatte hin angeordnet ist, jeweils mit einem Verkapselungsharz bedeckt, um eine Rippe zu bilden.
  • LITERATURLISTE
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2004-165 406 A (Abs.[0010] bis [0016] sowie 7)
    • Patentdokument 2: Internationale Patentanmeldungsveröffentlichung WO2015/145 752 A1 (3, 8 und 13)
    • Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2003-31 765 A (1)
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Für ein derartiges Leistungsmodul, bei dem wie bei dem Leistungsmodul gemäß Patentdokument 1 Leistungselemente, die mit einer Metallbasis verbunden sind, mit einem Harz verkapselt sind, ist es erforderlich, dessen außen liegende Elektrode, die als das eine Ende des Leiterrahmens angeordnet ist, der mit den Elektroden an der vorderen Oberfläche der Leistungselemente verbunden ist, gegenüber der Metallbasis zu isolieren, die mit der Elektrode an der rückwärtigen Oberfläche des Leistungselements verbunden ist.
  • Der Isolierungsabstand zwischen dem Leiterrahmen, der aus dem Harz herausragt, und der Metallbasis, die aus dem Harz heraus freiliegt, ist durch einen Kriechabstand des Harzes zwischen dem Leiterrahmen und der Metallbasis bestimmt. Um einen notwendigen Isolierungsabstand sicherzustellen, muss somit der Abstand zwischen der äußeren Peripherie der Metallbasis und der äußeren Peripherie des Harzes hinreichend sichergestellt sein.
  • Je höher die elektrische Leistung des Leistungsmoduls ist, desto größer ist der Isolierungsabstand, der gemäß der Leistung erforderlich ist, um die es geht, so dass es zur Sicherstellung eines größeren Isolierungsabstands erforderlich ist, den Abstand zwischen dem Leiterrahmen und der Metallbasis größer zu gestalten, und zwar das Leistungsmodul lateral zu verbreitern. Folglich besteht ein Problem dahingehend, dass die Fläche des Leistungsmoduls vergrößert wird und somit das Leistungsmodul vergrößert wird.
  • Es kann ein solcher Fall eintreten, bei dem sich das Leistungsmodul an seinen Endbereichen in Bezug auf die Ebene der Metallbasis des Leistungsmoduls verzieht oder verwirft und eine eingedrückte Form bildet. Es ist bekannt, dass in diesem Fall, wenn die Abmessung des Leistungsmoduls groß ist, das thermische Zusammenziehen des Verkapselungs-Harzes beträchtlich ist und somit das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens tendenziell beträchtlich ist. Wenn das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls größer wird, so wird dessen Fläche, die sich in Kontakt mit dem Kühlkörper befindet, in Bezug auf die Metallbasis des Leistungsmoduls kleiner, so dass ein Problem dahingehend entsteht, dass die von dem Leistungselement erzeugte Wärme nicht effizient zu dem Kühlkörper transferiert werden kann und die Chip-Temperatur des Leistungselements somit zunimmt.
  • Dementsprechend ist es für ein Leistungsmodul mit einer großen Abmessung erforderlich, spezielle Maßnahmen zur Abführung der Wärme zu ergreifen. Als ein Beispiel für die speziellen Maßnahmen zur Abführung der Wärme in dem Leistungsmodul ist ein solches Verfahren denkbar, bei dem das Verziehen oder Verwerfen des Leistungsmoduls durch Ausübung von Druck begrenzt wird, um dadurch die Kontaktfläche zwischen der Metallbasis des Leistungsmoduls und dem Kühlkörper zu vergrößern.
  • Damit die Metallbasis des Leistungsmoduls einen Kontakt zu dem Kühlkörper über eine große Kontaktfläche hinweg herstellen kann, und zwar, um das Verziehen oder Verwerfen des Leistungsmoduls zu begrenzen, ist ein Halte-Element erforderlich, wie beispielsweise die Halteplatte im Patentdokument 1, und somit besteht ein Problem dahingehend, dass der Schritt zum Befestigen des Leistungsmoduls an dem Kühlkörper mehr Zeit benötigt und verkompliziert wird.
  • Wie in dem Patentdokument 2 gezeigt, ist es indessen möglich, durch das Bilden einer Rippe oder dergleichen die Menge des Verkapselungs-Harzes an dem Endbereich des Leistungsmoduls zu erhöhen; es besteht jedoch ein Problem dahingehend, dass das Leistungsmodul vergrößert wird, wenn die Breite der Rippe vergrößert wird. Andererseits verzieht oder verwirft sich das Leistungsmodul in Bezug auf die Ebene der Metallbasis. Dies wird insbesondere dann signifikant, wenn die Abmessung des Moduls groß wird, da das Modul durch das Zusammenziehungsverhältnis des Harzes beeinflusst wird.
  • An einem Bereich der unteren Oberfläche, der an dem Endbereich eines Leistungsmoduls angeordnet ist, wie in dem Patentdokument 3 gezeigt, ist es schwierig, das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens zu steuern. Somit ist es erforderlich, einen linearen Ausdehnungsunterschied zwischen dem Verkapselungsharz und dem Rahmenelement genauestens zu steuern, was zu einem verringerten Spielraum bei der Herstellung führt.
  • Diese Erfindung wurde konzipiert, um die Probleme, wie vorstehend beschrieben, zu lösen, und ihre Aufgabe besteht darin, ein Leistungsmodul mit einer geringen Abmessung anzugeben, wobei die elektrische Isolierung zwischen dem Leiterrahmen und der Metallbasis verbessert ist.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Ein Leistungsmodul gemäß der Erfindung weist Folgendes auf:
    ein Leistungselement, eine Metallbasis, um Wärme aus dem Leistungselement abzuführen, ein Leiterrahmen, der mit Elektroden des Leistungselements elektrisch verbunden ist, sowie eine Harz-Verkapselung, die das Leistungselement so verkapselt, dass die eine Oberfläche der Metallbasis und ein Teil des Leiterrahmens von der Verkapselung freiliegen, wobei die Harz-Verkapselung dadurch charakterisiert ist, dass sie Folgendes aufweist: einen Körperbereich, in dem das Leistungselement und ein Teil des Leiterrahmens angeordnet sind und an dessen unterer Oberfläche die eine Oberfläche der Metallbasis freiliegt; sowie einen Rippenbereich, der an der unteren Oberfläche des Körperbereichs so angeordnet ist, dass er eine äußere Peripherie der Metallbasis umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche vorsteht; wobei der Körperbereich eine Form aufweist, die in Bezug auf die freiliegende eine Oberfläche der Metallbasis als einer vertikalen Referenz nach oben konvex ist.
  • Effekt der Erfindung
  • Bei dem Leistungsmodul gemäß der Erfindung weist der Körperbereich eine Form auf, die in Bezug auf die freiliegende eine Oberfläche der Metallbasis als einer vertikalen Referenz nach oben konvex ist, und ist mit dem Rippenbereich versehen, der an der unteren Oberfläche des Körperbereichs in der Harz-Verkapselung so angeordnet ist, dass er die äußere Peripherie der Metallbasis umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche vorsteht. Somit ist es möglich, das Leitungsmodul zu verkleinern, während die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen und der Metallbasis verbessert wird.
  • Figurenliste
  • In den Figuren sind:
    • 1 eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
    • 2 eine perspektivische Ansicht des Leistungsmoduls gemäß 1 bei Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis zu sehen ist;
    • 3 eine Ansicht von unten auf das Leitungsmodul gemäß 1 bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der die Metallbasis angeordnet ist;
    • 4 eine vergrößerte Ansicht eines Rippenbereichs in dem Leistungsmodul gemäß 1;
    • 5 eine Abbildung zur Darstellung eines Isolierungsabstands eines Leistungsmoduls eines Vergleichsbeispiels;
    • 6 eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung;
    • 7 eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung;
    • 8 eine perspektivische Ansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung;
    • 9 eine Ansicht von unten auf das Leistungsmodul gemäß 8 bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis angeordnet ist;
    • 10 eine Querschnittsansicht einer Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung;
    • 11 eine Abbildung, die einen wesentlichen Teil der Leistungs-Halbleitereinheit gemäß 10 zeigt;
    • 12 eine perspektivische Ansicht der Leistungs-Halbleitereinheit gemäß 10;
    • 13 eine perspektivische Ansicht einer Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung;
    • 14 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung;
    • 15 eine Querschnittsansicht eines weiteren Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
    • 16 eine perspektivische Ansicht des Leistungsmoduls gemäß 15 bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis zu sehen ist;
    • 17 eine Abbildung, die einen Zwischenproduktaufbau gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
    • 18 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
    • 19 eine Querschnittsansicht eines Formkörpers gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
    • 20 eine Querschnittsansicht eines weiteren Formkörpers gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
    • 21 eine Querschnittsansicht des Körpers eines Formkörpers und der Abdeckung eines Formkörpers in 20;
    • 22 eine Abbildung zur Veranschaulichung des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens eines Leistungsmoduls;
    • 23 eine Abbildung zur Veranschaulichung des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens eines Leistungsmoduls in einer Plus-Richtung;
    • 24 eine Abbildung zur Veranschaulichung des Ausmaßes beim Verziehen oder Verwerfen des Leistungsmoduls in einer Minus-Richtung;
    • 25 eine Querschnittsansicht einer Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 6 der Erfindung;
    • 26 eine Ansicht von unten auf ein Leistungsmodul gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis angeordnet ist;
    • 27 eine Ansicht von unten auf ein Leistungsmodul gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis angeordnet ist.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungsmoduls gemäß 1 bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis zu sehen ist, und 3 ist eine Ansicht von unten auf das Leistungsmodul gemäß 1 bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der die Metallbasis angeordnet ist. 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Rippenbereichs in dem Leistungsmodul gemäß 1.
  • 5 ist eine Abbildung zur Darstellung eines Isolierungsabstands eines Leistungsmoduls eines Vergleichsbeispiels, bei der es sich um eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs handelt, der 4 entspricht. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Schnittfläche, die in 2 mit einer durchbrochenen Linie gekennzeichnet ist, bei einer Betrachtung aus einer Richtung A, die eine vertikal invertierte Relation zu 2 aufweist. Es ist anzumerken, dass ein Anschlussbereich 22 eines Leiterrahmens 1 in 3 aus der Darstellung weggelassen ist. Ein Leistungsmodul 20 weist Folgendes auf: den Leiterrahmen 1, eine Metallbasis 3, Leistungselemente 4, einen isolierenden Flächenkörper 5 sowie eine Harz-Verkapselung 7.
  • Beispiele für das Leistungsmodul 4 weisen Folgendes auf: eine Diode, die in einer Wandler-Einheit zum Umwandeln von eingegebenen AC-Energie in DC-Energie zu verwenden ist; sowie einen Bipolartransistor, einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), einen MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), einen GTO (Gate Turn-Off Thyristor, Gate-Ausschalt-Thyristor) und dergleichen, die in einer Wechselrichter-Einheit zum Umwandeln von DC-Energie in AC-Energie zu verwenden sind.
  • Bei dem isolierenden Flächenkörper 5 handelt es sich um eine isolierende Schicht mit einem hohen Wärmeabführungsvermögen, die einen Verdrahtungsbereich 21 des Leiterrahmens 1 gegenüber der Metallbasis 3 isoliert und von den Leistungselementen 4 erzeugte Wärme an die Metallbasis 3 abführt. Als der isolierende Flächenkörper 5 wird ein Epoxid oder ein ähnliches wärmehärtendes Harz verwendet, in dem ein in hohem Maße leitfähiges Füllmittel aus Siliciumdioxid, Bornitrid (BN) oder dergleichen enthalten ist.
  • Die Metallbasis 3 führt Wärme von den Leistungselementen 4 ab. Als Metallbasis 3 wird ein in hohem Maße thermoleitfähiges Element verwendet, wie beispielsweise eine Kupfer-Platte, eine Aluminium-Platte, eine Kupfer-Folie o. dgl.. Der Leiterrahmen 1 wird durch Pressformen aus einer Kupfer-Platte oder einer Aluminium-Platte zu einer Struktur geformt.
  • Der Leiterrahmen 1 weist den Verdrahtungsbereich 21 und den Anschlussbereich 22 auf. Die Leistungselemente 4 sind an dem Verdrahtungsbereich 21 montiert, und Elektroden an der rückwärtigen Oberfläche der Leistungselemente 4 sind unter Verwendung eines Lots oder dergleichen mit jenem Bereich verbunden. Ferner werden durch Drähte 6 die Verbindungen zwischen den mehreren Leistungselementen 4 und die Verbindungen zwischen den Elektroden an der vorderen Oberfläche der Leistungselemente 4 und dem Verdrahtungsbereich 21 hergestellt. Der Leiterrahmen 1 ist mit diesen Elektroden der Leistungselemente 4 elektrisch verbunden.
  • Der Anschlussbereich 22 weist eine Mehrzahl von Anschlüssen 23a, 23b, 23c auf, die mit einem externen Gerät oder dergleichen zu verbinden sind. Die jeweiligen Anschlüsse des Anschlussbereichs 22 sind in der Form eines L gebogen und liegen von einem Körperbereich 10 der Harz-Verkapselung 7 frei. In 2 ist ein solches Beispiel gezeigt, bei dem fünf Anschlüsse 23a, fünf Anschlüsse 23b und fünf Anschlüsse 23c in drei Richtungen um das Leistungsmodul 20 herum herausragen.
  • In einem mittleren Bereich des Leistungsmoduls 20 ist ein Loch 18 so ausgebildet, dass es die Metallbasis 3 von einer oberen Oberfläche 10a der Harz-Verkapselung 7 aus durchdringt, um das Leistungsmodul 20 unter Verwendung einer Schraube an einem später beschriebenen Kühlkörper 16 (siehe 10) zu befestigen. Für die Anschlüsse wird kollektiv das Bezugszeichen 23 verwendet, und die Bezugszeichen 23a, 23b, 23c, 23d (siehe 8) werden verwendet, wenn diese unterscheidend beschrieben werden sollen.
  • Die Harz-Verkapselung 7 ist aus einem Epoxid oder einem ähnlichen wärmehärtenden Harz geformt, das durch einen Formvorgang bei einer hohen Temperatur als ein Produkt geliefert wird und das die Isolierung zwischen Elementen sicherstellt, die in der Harz-Verkapselung 7 angeordnet sind. In dem Harz ist ein in hohem Maße leitfähiges Füllmittel aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder dergleichen enthalten. Beispiele dafür, wie eine Verkapselung mittels des Harzes zu erreichen ist, weisen einen Spritzgieß-Vorgang und einen Spritzpress-Vorgang auf.
  • Für Leistungsmodule wird im Allgemeinen ein Spritzpress-Vorgang verwendet. Die Harz-Verkapselung 7 verkapselt die Leistungselemente 4 so, dass die eine Oberfläche der Metallbasis 3 (die freiliegende Oberfläche) und ein Teil (in dem Anschlussbereich 22) des Leiterrahmens 1 von der Verkapselung freiliegen. Die Harz-Verkapselung 7 weist den Körperbereich 10 und einen Rippenbereich 11 auf. In dem Körperbereich 10 sind die Leistungselemente 4 und ein Teil (in dem Anschlussbereich 22) des Leiterrahmens 1 angeordnet, und an dessen unterer Oberfläche 10b liegt die eine Oberfläche (die freiliegende Oberfläche) der Metallbasis 3 frei.
  • Das Freilegen der Metallbasis 3 ermöglicht es, das Oberflächengebiet des Harzes zu verringern, das eine hygroskopische Eigenschaft aufweist, so dass eine elektrische Fehlfunktion, wie beispielsweise eine Ionenmigration o. dgl., aufgrund der Absorption von Feuchtigkeit unterbunden wird. Der Rippenbereich 11 ist an der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 so angeordnet, dass er die äußere Peripherie der Metallbasis 3 umgibt, und er ist so ausgebildet, dass er aus der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b herausragt.
  • Der Rippenbereich 11 weist vier Rippen 2a, 2b, 2c, 2d in der Nähe der äußeren Peripherie der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 auf. Für die Rippen wird kollektiv das Bezugszeichen 2 verwendet, und die Bezugszeichen 2a, 2b, 2c, 2d werden verwendet, wenn diese unterscheidend beschrieben werden sollen.
  • Die Rippen 2 sind jeweils an der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 und außerhalb der lateralen Oberfläche der Metallbasis 3 angeordnet und sind so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die untere Oberfläche (die freiliegende Oberfläche) der Metallbasis 3 als einer Referenzebene in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung herausragen, in der die Anschlüsse 23 des Leiterrahmens 1 gebogen sind.
  • Ferner handelt es sich bei dem Querschnitt der in 1 gezeigten Rippe 2 um einen transversalen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu der Richtung, in der sie sich erstreckt, das heißt, in einer Richtung parallel zu der lateralen Oberfläche des Körperbereichs 10. Die transversalen Querschnitte der Rippen 2 weisen jeweils eine sich verjüngende Form auf, die in Richtung zu dem Ende derselben schmäler wird, so dass die Formkörper-Lösbarkeit eines Formkörpers verbessert wird, der zum Formen der Harz-Verkapselung 7 verwendet wird. Des Weiteren sind die Rippen 2 mit der gleichen Höhe so angeordnet, dass sie die untere Oberfläche (die freiliegende Oberfläche) der Metallbasis 3 umgeben (verkapseln), in der die benachbarten Rippen miteinander verbunden werden.
  • Da die benachbarten Rippen miteinander verbunden sind, ist die Steifigkeit ihrer Kantenbereiche in dem Rippenbereich 11 verbessert, so dass die Biegesteifigkeit des Leistungsmoduls 20 in Richtungen zu den gegenüberliegenden Kanten hin (in Richtungen zu den drei gegenüberliegenden Kanten hin) verbessert ist. Es ist anzumerken, dass es gewünscht ist, dass eine R-Form oder eine sich verjüngende Form auf die Kanten der Rippe 2 angewendet wird, um die Formkörper-Lösbarkeit des Formkörpers zu verbessern, der zum Zeitpunkt des Formens der Harz-Verkapselung 7 verwendet wird.
  • Ein weiteres Leistungsmodul, das in 15 und 16 gezeigt ist, ist als ein Beispiel dargestellt, bei dem die Rippe 2 eine Vertiefung 101 mit einer kreisförmigen Gestalt an der Oberseite aufweist. 15 ist eine Querschnittsansicht des weiteren Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung, und 16 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungsmoduls gemäß 15 bei einer Betrachtung von einer Seite, an der die Metallbasis zu sehen ist. Die Vertiefung 101 ist zwischen dem Anschluss 23 des Leiterrahmens 1 und der Metallbasis 3 positioniert, um dadurch den Isolierungsabstand zwischen dem Anschluss 23 des Leiterrahmens 1 und der Metallbasis 3 zu vergrößern. Dementsprechend ist es möglich, die Breite der Rippe 2 zu verringern, indem der Isolierungsabstand um ein Maß vergrößert wird, das der Vertiefung entspricht.
  • Dies ermöglicht eine starke Verkleinerung der Modulfläche. Hierbei wird beispielhaft aufgezeigt, dass die Vertiefung 101 eine kreisförmige Gestalt aufweist; sie kann jedoch auch eine polygonale Gestalt aufweisen, wie beispielsweise eine dreieckige Gestalt, eine viereckige Gestalt, eine fünfeckige Gestalt, eine sechseckige Gestalt, eine achteckige Gestalt oder dergleichen.
  • Die Leistungselemente 4 sind an dem Verdrahtungsbereich 21 des Leiterrahmens 1 montiert. Der isolierende Flächenkörper 5 und die Metallbasis 3 sind an einer Oberfläche des Leiterrahmens 1 angeordnet, die sich gegenüber von seiner Oberfläche befindet, an der die Leistungselemente 4 montiert sind. Die Leistungselemente 4, der Leiterrahmen 1, die Drähte 6, der isolierende Flächenkörper 5 und die Metallbasis 3 sind durch die Harz-Verkapselung 7 in einem Zustand bedeckt, in dem der Anschlussbereich 22 des Leiterrahmens 1 und die untere Oberfläche der Metallbasis 3 freiliegen. Die von den Leistungselementen 4 erzeugte Wärme wird an den Leiterrahmen 1, den isolierenden Flächenkörper 5 und die Metallbasis 3 abgeführt.
  • Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß Ausführungsform 1 ist der Leiterrahmen 1 zu dem Zeitpunkt der Formung der Harz-Verkapselung 7 auf einer Kupfer-Folie angeordnet, die als die Metallbasis 3 angeordnet ist und auf der ein teilweise ausgehärteter isolierender Flächenkörper 5 angebracht ist. Dabei wird eine Positionierung der Kupfer-Folie relativ zu dem Formkörper zum Formen der Harz-Verkapselung 7 in einer solchen Weise ausgeführt, dass bewegliche Stifte nacheinander in einer Längsrichtung und in einer Querrichtung in der Nähe eines Kantenbereichs der Kupfer-Folie angeordnet werden, und für jede der vier Kanten der Kupfer-Folie wird ein Satz dieser beweglichen Stifte angeordnet.
  • Dies schränkt das Auftreten einer Verschiebung der Folie aufgrund des Harz-Drucks ein, wenn das Harz eingespritzt wird. Wenn die Kupfer-Folie dünn ist, verzieht oder verwirft sie sich leicht, was einen Transport in einem Gerät erschwert, während die Kosten zunehmen, wenn sie dick ist. Somit ist eine Dicke der Kupfer-Folie zwischen 0,03 mm bis 0,1 mm erwünscht. Die Basisplatte 3, bei der es sich um die Kupfer-Folie handelt, die von der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 in dem Leistungsmodul 20 freiliegt, ist koplanar mit der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7.
  • Bei dem Schritt zur Formung der Harz-Verkapselung 7 wird ein Härten des Harzes für die Harz-Verkapselung 7 unter Verwendung eines Harz-Beaufschlagungsdrucks und einer Harz-Temperatur in dem Formkörper durchgeführt, und zugleich wird der isolierende Flächenkörper 5 aus einem teilweise gehärteten Zustand gehärtet, während er mittels des Leiterrahmens 1 gegen die Kupfer-Folie (die Metallbasis 3) gepresst wird. Dies stellt ein hohes Wärmeabführungsvermögen und ein hohes elektrisches Isolierungsvermögen des isolierenden Flächenkörpers 5 sicher.
  • Wenn die Dicke der Kupfer-Folie zwischen 0,03 mm und 0,1 mm liegt, ist es ferner wahrscheinlich, dass sich das Leistungsmodul verzieht oder verwirft und verformt, so dass das Leistungsmodul 20 eine konvexe Form annimmt, wie in 15 gezeigt. Des Weiteren absorbiert das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 keine Feuchtigkeit durch die Kupferfolienoberfläche des Moduls hindurch, so dass eine elektrische Fehlfunktion, wie beispielsweise eine Ionenmigration oder dergleichen, aufgrund der Absorption von Feuchtigkeit unterbunden wird.
  • Wenn bei dem Schritt zur Formung der Harz-Verkapselung 7 des Leistungsmoduls 20 der Fokus auf die Beaufschlagung mit Harz für das Leistungsmodul 20 gelegt wird, so wird zuerst ein Bereich oberhalb des Leiterrahmens 1, in dem die Harz-dicke groß sein wird, mit dem Harz beaufschlagt, das eine hohe Viskosität (Klebrigkeit) aufweist, und ein Bereich für die Rippen 2, in dem der Fließwiderstand hoch ist, wird zuletzt beaufschlagt. Im Einzelnen wird ein Zwischenproduktaufbau 60, in dem der isolierende Flächenkörper 5 und die Metallbasis 3 an dem Leiterrahmen 1 angeordnet sind, an dem die Leistungselemente 4 montiert sind, in einem Formkörper 62 so angeordnet, dass der Rippenbereich 11 nach unten gerichtet ist, wie in 1 gezeigt (siehe 18), und dann wird das Harz entsprechend dem Harz des Leiterrahmens 1 durch eine Fläche eingespritzt (laterale Seite des Körperbereichs 10).
  • Dabei werden der isolierende Flächenkörper 5 und die Metallbasis 3 in Bezug auf die Reihenfolge der Anordnung in dem Formkörper 62 zuerst angeordnet, und dann wird der Leiterrahmen 1 angeordnet, an dem die Leistungselemente 4 montiert sind. Dementsprechend wird die Positionierungsgenauigkeit der jeweiligen Elemente in einer solchen Weise verbessert, dass eine Positionierung des Leiterrahmens 1 nach einer Durchführung der Positionierung der Metallbasis 3 unabhängig durchgeführt wird. 17 ist eine Abbildung, die den Zwischenproduktaufbau gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt. 18 ist eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung, und 19 ist eine Querschnittsansicht des Formkörpers gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung.
  • Der Formkörper 62 weist Folgendes auf: einen Körper 63 des Formkörpers, in dem Anschlussöffnungen 65a, 65b ausgebildet sind, durch die hindurch der Anschlussbereich 22 des Leiterrahmens 1 zu dem Außenraum hin freizulegen ist; sowie eine Abdeckung 64 des Formkörpers. Bei einem Teil in dem Körper 63 des Formkörpers, das sich unterhalb einer durchbrochenen Linie 73 befindet, handelt es sich um ein ein Rippenende bildendes Teil 69, um jedes Ende der Rippen 2 des Rippenbereichs 11 in dem Leistungsmodul 20 zu bilden.
  • Bei einer Rippenhöhe hm1, einer Körperbereichshöhe hm2, einer Höhe hm3 der Harz-Verkapselung, einer Körperbereichshöhe hm8 auf der oberen Seite und einer Körperbereichshöhe hm9 auf der Rippenseite, die in 19 gezeigt sind, handelt es sich um Höhen, die jeweils einer Rippenhöhe h1, einer Körperbereichshöhe h2, einer Höhe h3 der Harz-Verkapselung, einer Harz-Dicke h8 und einer Harz-Dicke h9 in dem in 15 gezeigten Leistungsmodul 20 entsprechen, und diese Höhen sind mitAbmessungen unter Berücksichtigung eines Zusammenziehens der Harz-Verkapselung 7 aufgrund des Härtens vorgegeben.
  • Zum Zeitpunkt einer Anordnung des Zwischenproduktaufbaus 60 in dem Formkörper 62 wird der Zwischenproduktaufbau 60 in dem Formkörper 62 so angeordnet, dass sich die Metallbasis 3 in Kontakt mit einem Metallbasis-Anordnungsteil 66 befindet und ein Teil des Leiterrahmens 1 von dem Formkörper 62 freiliegt. Bei einem Bereich, der in 17 auf der linken Seite einer durchbrochenen Linie 61a gezeigt ist, und einem Bereich, der dort auf der rechten Seite einer durchbrochenen Linie 61b gezeigt ist, handelt es sich jeweils um einen Bereich, der von der Harz-Verkapselung 7 freiliegen soll.
  • Wenn der Zwischenproduktaufbau 60 in dem Formkörper 62 so angeordnet wird, dass sich die Metallbasis 3 in Kontakt mit dem Metallbasis-Anordnungsteil 66 befindet, ist es möglich, das Leistungsmodul 20 herzustellen, bei dem die eine Oberfläche der Metallbasis 3 freiliegt. Es ist anzumerken, dass der Anschlussbereich 22, der von der Harz-Verkapselung 7 freiliegt, nach dem Harz-Verkapselungs-Formungsschritt zur Formung der Harz-Verkapselung 7 zu einer L-Form gebogen wird, so dass die Mehrzahl von Anschlüssen 23a, 23b so ausgebildet ist, dass sie in eine Richtung orientiert sind, die für das fertiggestellte Produkt (das Leistungsmodul als das Produkt) angegeben ist.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Formkörpers gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung, und 21 ist eine Querschnittsansicht des Körpers eines Formkörpers und der Abdeckung eines Formkörpers in 20. Bei dem Schritt zur Formung der Harz-Verkapselung 7 in dem in 15 gezeigten Leistungsmodul 20 wird der in 20 gezeigte Formkörper 62 verwendet. Der in 20 gezeigte Formkörper 62 weist Folgendes auf: den Körper 63 des Formkörpers, der die Anschlussöffnungen 65a, 65b und die Stiftöffnungen 67a, 67b aufweist; die Abdeckung 64 des Formkörpers; sowie die Ausstoßstifte 71 zur Verbesserung der Formkörper-Lösbarkeit, die beweglich in die Stiftöffnungen 67a, 67b eingesetzt sind.
  • Die Ausstoßstifte 71 werden mit Hilfe einer Feder (nicht gezeigt) betätigt. In einem Zustand, in dem der Formkörper 62 verschlossen ist, und zwar geschlossen ist, werden die Ausstoßstifte 71 nicht betätigt, und zur gleichen Zeit, wenn der Formkörper 62 geöffnet wird, werden die Ausstoßstifte 71 mit Hilfe der Feder betätigt. Bei der Stiftöffnung 67a handelt es sich um ein Durchgangsloch, in das der Stift zu dem Zeitpunkt eingesetzt wird, wenn die Rippe 2a des Leistungsmoduls 20 in 15 herausgedrückt wird. In einer ähnlichen Weise handelt es sich bei der Stiftöffnung 67b um ein Durchgangsloch, in das der Stift zu dem Zeitpunkt eingesetzt wird, wenn die Rippe 2b des Leistungsmoduls 20 in 15 herausgedrückt wird.
  • Zu dem Zeitpunkt der Ausführung des Harz-Verkapselungs-Formungsschritts durch Verwenden des in 20 gezeigten Formkörpers 62, bei dem es sich um einen Schritt zur Formung der Harz-Verkapselung 7 handelt, werden die Stiftöffnungen 67a, 67b mit den Stiften 71 verschlossen. Der Harz-Verkapselungs-Formungsschritt wird in einem Zustand ausgeführt, in dem die Stiftöffnungen 67a, 67b verschlossen sind, und dann, nachdem das Harz zur Formung der Harz-Verkapselung 7 (das Spritzpress-Harz) ausgehärtet ist und zur gleichen Zeit, wenn der Formkörper 62 geöffnet wird, verlassen die Ausstoßstifte 71 die Stiftöffnungen 67a, 67b zu der Seite der Harz-Verkapselung 7 hin, um dadurch den Rippenbereich 11 der Harz-Verkapselung 7 herauszudrücken, so dass die Harz-Verkapselung 7 aus dem Formkörper 62 ausgestoßen wird (Schritt, bei dem die Harz-Verkapselung ausgestoßen wird).
  • Zum Zeitpunkt des Ausstoßens der Harz-Verkapselung 7 aus dem Formkörper 62 werden die Vertiefungen 101 in dem Rippenbereich 11 gebildet. Dementsprechend handelt es sich bei dem Schritt zum Ausstoßen der Harz-Verkapselung auch um einen Schritt zur Bildung der Vertiefungen 101 in dem Rippenbereich 11 (um einen Schritt zur Bildung der Vertiefungen des Rippenbereichs). Die Tiefe der Vertiefung 101 in dem Rippenbereich 11 ist größer als eine Breite ws1 der Unterseite des Rippenbereichs 11 vorgegeben (siehe 3), und zwar eines am weitesten entfernten Endes in der Rippe 2, das aus dem Körperbereich 10 hervorsteht, so dass verhindert wird, dass das Harz in den Formkörper eindringt und an diesem anhaftet, und somit wird ein Reinigen des Formkörpers 62 erleichtert.
  • Es ist anzumerken, dass es möglich ist, eine Einkerbung an dem Formkörper zur Formung der Harz-Verkapselung 7 anzubringen und dann die Kupferfolie auf der Einkerbung anzuordnen. Durch Verwenden der Einkerbung kann eine Positionierung der Metallbasis 3 als der Kupferfolie relativ zu dem Formkörper zur Formung der Harz-Verkapselung 7 durchgeführt werden. In diesem Fall führt die Oberfläche der Kupferfolie zu einer Ausbauchung aus der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 in dem Leistungsmodul 20; diese Geometrie spielt jedoch keine Rolle.
  • Andererseits ist bei einem herkömmlichen Leistungsmodul nur ein Körperbereich angeordnet, so dass bei einem Harz-Verkapselungs-Formungsschritt zur Formung von dessen Harz-Verkapselung Bedenken in Bezug auf die folgenden Probleme bestehen. Wenn die Leistungselemente 4, die an dem Leiterrahmen 1 montiert sind, bei dem Harz-Verkapselungs-Formungsschritt in dem Formkörper so angeordnet werden, dass sie nach oben weisen, bestehen, da das Harz von der Seite der lateralen Oberfläche des Körperbereichs her eingespritzt wird, Bedenken dahingehend, dass Luft auf einer Seite verbleibt, auf der die Montageoberfläche des Leiterrahmens 1 für die Leistungselemente angeordnet wird, oder an einer lateralen Seite jener Oberfläche verbleibt und einen Hohlraum bildet.
  • Insbesondere dann, wenn der Draht 6 um den Hohlraum herum vorhanden ist, bestehen Bedenken in Bezug auf ein Problem, dass die den Draht 6 bedeckende Harz-Verkapselung 7 dünn wird, oder in Bezug auf ein Problem, dass der Draht 6 außerhalb der Harz-Verkapselung 7 freiliegt. Wenn ein derartiger Zustand hergestellt wird, bestehen Bedenken dahingehend, dass der räumliche Isolierungsabstand zwischen dem Draht 6 und einer Komponente verkleinert wird, die außerhalb des Leistungsmoduls 20 angeordnet ist, was es unmöglich macht, die Isolierung zwischen diesen sicherzustellen.
  • Da die Rippen 2 in dem Leistungsmodul 20 das letzte Ziel bei einer Beaufschlagung mit Harz sind, tritt bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 bei dem Harz-Verkapselungs-Formungsschritt kein Fall ein, in dem Luft auf der Seite verbleibt, auf der die Montageoberfläche des Leiterrahmens 1 für die Leistungselemente angeordnet wird, oder an der lateralen Seite jener Oberfläche verbleibt und einen Hohlraum bildet. Folglich wird es möglich, den räumlichen Isolierungsabstand zu einer Komponente sicherzustellen, die außerhalb des Leistungsmoduls 20 angeordnet ist, ohne dass das Freilegen eines Drahts oder dergleichen auftritt.
  • Ferner ist bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 die Rippenhöhe h1, das heißt, die Höhe von jeder der Rippen 2a, 2b, 2c, 2d in dem Rippenbereich 11, kleiner als die Körperbereichshöhe h2 vorgegeben, das heißt, die Höhe des Körperbereichs 10, der den Leiterrahmen 1 verkapselt. Und zwar gilt eine Relation h1 < h2. Da die Höhe h3 der Harz-Verkapselung gleich der Summe der Rippenhöhe h1 und der Körperbereichshöhe h2 ist, gilt außerdem eine Relation h1 < 0,5 × h3.
  • Bei der Herstellung des Leistungsmoduls 20 ist es erforderlich, die Härtungszeit des Harzes für die Harz-Verkapselung 7 so anzupassen, dass sie gleich der Zeit zum Härten des isolierenden Flächenkörpers 5 ist. Wenn die Härtungszeit des Harzes für die Harz-Verkapselung 7 länger wird, ist der isolierende Flächenkörper früher ausgehärtet, so dass eine Haftung zwischen dem Leiterrahmen 1 und dem isolierenden Flächenkörper 5 schlecht wird, was es unmöglich macht, das Wärmeabführungsvermögen und das Isolierungsvermögen sicherzustellen.
  • Aus diesem Grund wird die Rippenhöhe h1 in dem Leistungsmodul 20 kleiner als die Körperbereichshöhe h2 vorgegeben, um dadurch eine Menge des beaufschlagten Harzes für den Rippenbereich 11 zu reduzieren und somit die Zeit zur Beaufschlagung mit Harz für den Rippenbereich 11 zu verkürzen. Bei der Rippenstruktur des Rippenbereichs 11 weisen die Querschnitte der Rippen 2 jeweils eine sich verjüngende Form auf, wie zuvor beschrieben, und zwar wird zur Verbesserung des Harz-Beaufschlagungsvermögens in der Rippe 2 eine Verjüngung gebildet.
  • Bei der Breite (der Verbindungsbreite) eines Verbindungsbereichs, in dem die Rippe 2 des Rippenbereichs 11 und der Körperbereich 10 miteinander verbunden sind, handelt es sich um eine Rippen-Basisbreite wb1, und bei einer Breite eines Endes der Rippe 2, das hervorsteht und sich am weitesten von dem Körperbereich 10 entfernt befindet, handelt es sich um eine Endbreite ws1. Da die Verjüngung in der Rippe 2 des Rippenbereichs 11 ausgebildet ist, ist die Endbreite ws1 kleiner als die Rippen-Basisbreite wb1, und zwar gilt eine Relation ws1 < wb1.
  • Eine Nut zur Bildung des Rippenbereichs 11 des Leistungsmoduls 20 in dem Formkörper 62 ist schmal, so dass in einigen Fällen Bedenken dahingehend bestehen, dass das Harz in dem Formkörper 62 verbleibt, wenn das Leistungsmodul 20 aus dem Formkörper 62 ausgestoßen wird, und zwar, dass der Rippenbereich die Form verliert. In dem Fall, in dem Bedenken dahingehend bestehen, dass der Rippenbereich die Form verliert, kann die Formkörper-Lösbarkeit in einer solchen Weise verbessert werden, dass die Harz-Verkapselung 7 unter Verwendung des in 20 gezeigten Formkörpers 62 geformt wird und das Leistungsmodul 20 dann durch Pressen unter Verwendung der Stifte von der Rippenseite her aus dem Formkörper herausgepresst wird.
  • Dabei werden die Vertiefungen 101 an den Rippen 2 in dem Leistungsmodul 20 gebildet. Durch Beibehalten der Vertiefungen 101 ist es möglich, die Isolierungsabstände zwischen den Anschlüssen 23 des Leiterrahmens 1 und der Metallbasis 3 zu vergrößern. Im Hinblick auf die Formkörper-Lösbarkeit ist es bevorzugt, dass der Querschnitt des Stifts eine kreisförmige Gestalt aufweist. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass es sich bei der Gestalt der Vertiefung 101 um eine kreisförmige Gestalt handelt, da diese sowohl an das Herstellungsverfahren als auch an den Gesichtspunkt der Sicherstellung des Isolierungsabstands angepasst ist.
  • Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 ist es möglich, ein Härten des isolierenden Flächenkörpers 5 innerhalb der Zeit zur Beaufschlagung mit Harz für die Harz-Verkapselung 7 zu bewirken, um dadurch das Wärmeabführungsvermögen und das Isolierungsvermögen des isolierenden Flächenkörpers 5 sicherzustellen.
  • Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 kann die Rippe 2 des Rippenbereichs 11 eine Länge Li eines unteren peripheren Bereichs vergrößern, bei der es sich um einen Kriechabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 handelt. Die Länge Li eines unteren peripheren Bereichs als Kriechabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 entspricht dem Isolierungsabstand (dem Kriechabstand) zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3.
  • Somit ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 möglich, den Isolierungsabstand (den Kriechabstand) zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 zu vergrößern. Die Länge Li eines unteren peripheren Bereichs des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1 wird unter Verwendung von 4 und 5 beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Rippe 2 des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1 in einem Leistungsmodul 100 gemäß 5 als einem Vergleichsbeispiel als eine durchbrochene Linie gekennzeichnet ist.
  • Die Länge Li eines unteren peripheren Bereichs als Kriechabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 in dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 ist gleich der Summe von: einer Länge L1 einer unteren Oberfläche des Harzes, das heißt, einer Länge von der Peripherie der Metallbasis 3 zu der Rippe 2 des Rippenbereichs 11; einer Länge L2 des äußeren Umfangs, das heißt, einer Länge des äußeren Umfangs der Rippe 2; und einer Länge L3 eines unteren Bereichs des Körpers, das heißt, einer Länge in dem Körperbereich 10 von dessen Grenze zu dem Rippenbereich 10 bis zu dem Anschlussbereich 22 des Leiterrahmens 1.
  • In Bezug auf das Leistungsmodul (das Vergleichsbeispiel), das die Rippe 2 nicht aufweist, wird ein Isolierungsabstand (ein Kriechabstand) Lex zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 unter Verwendung der Längen und Breiten beschrieben, die für das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben sind. Bei dem Leistungsmodul 100 des Vergleichsbeispiels ist der Isolierungsabstand (der Kriechabstand) Lex zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 gleich der Summe der Länge L1 einer unteren Oberfläche des Harzes, der Rippen-Basisbreite wb1 und der Länge L3 eines unteren Bereichs des Körpers.
  • Da die Rippen-Basisbreite wb1 der Rippe 2 geringer als die Länge L2 des äußeren Umfangs der Rippe 2 ist, kann der Isolierungsabstand (die Länge Li eines unteren peripheren Bereichs) des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1 größer als der Isolierungsabstand Lex des Leistungsmoduls des Vergleichsbeispiels sein. Ferner kann die Länge L2 des äußeren Umfangs als die Länge des äußeren Umfangs der Rippe 2 bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 um so größer ausgeführt werden, je größer die Rippenhöhe h1 der Rippe 2 wird.
  • Es werde der Fall angenommen, bei dem die Länge Li des unteren peripheren Bereichs des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1 gleich dem Isolierungsabstand Lex des Leistungsmoduls 100 des Vergleichsbeispiels vorgegeben ist. In diesem Fall ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 möglich, eine Länge L4 von Ende zu Ende (siehe 3) zwischen der lateralen Oberfläche (dem Ende) des Körperbereichs 10 in der Harz-Verkapselung 7, von welcher der Leiterrahmen 1 freiliegt, und der Peripherie (dem Ende) der Metallbasis 3 kleiner als jene des Leistungsmoduls 100 des Vergleichsbeispiels auszuführen.
  • Die Länge L4 von Ende zu Ende ist gleich der Summe der Länge L1 einer unteren Oberfläche des Harzes und der Rippen-Basisbreite wb1 der Rippe 2. Dementsprechend kann die Leistungsmodulfläche des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1 kleiner als bei dem Leistungsmodul 100 des Vergleichsbeispiels mit der gleichen Isolierungslänge ausgeführt werden, und somit kann dieses verkleinert werden.
  • Ferner ist die Rippenhöhe h1 des Leistungsmoduls 20 größer als die Rippen-Basisbreite wb1, und wenn der Isolierungsabstand in der Richtung der Rippenhöhe verlängert wird, ist es möglich, die Fläche des Leistungsmoduls 20 stark zu verkleinern. Wenn des Weiteren, wie in 15 gezeigt, eine Dicke h10 des Harzes in dem Leistungsmodul 20, bei der es sich um eine Dicke handelt, die durch Subtrahieren der Dicke des Leiterrahmens 1 von einer Dicke h8 des Harzes oberhalb einer Oberfläche auf der unteren Seite bestimmt wird, die in dem Leiterrahmen 1 angeordnet ist und aus der Harz-Verkapselung 7 herausragt, größer als eine Dicke h9 des Harzes unterhalb der Oberfläche auf der unteren Seite des Leiterrahmens 1 ist, ist es wahrscheinlich, dass das Harz unterhalb der Oberfläche auf der unteren Seite ein thermisches Zusammenziehen verursacht.
  • Dies wird insbesondere dann signifikant, wenn sich die Harz-Verkapselung 7 weniger linear ausdehnt als der Leiterrahmen 1. Bei der Harz-Dicke h10 handelt es sich um eine maximale Dicke zwischen: einer oberen Seite 51a eines Rahmen-Kontaktbereichs, die in einem Rahmen-Kontaktbereich 51 angeordnet ist, in dem der Leiterrahmen 1 aus der Harz-Verkapselung 7 und auf einer Seite in Richtung zu der oberen Oberfläche 10a hin herausragt; und der oberen Oberfläche 10a. Bei der Harz-Dicke h9 handelt es sich um eine minimale Dicke zwischen: einer unteren Seite 51b eines Rahmen-Kontaktbereichs, die in dem Rahmen-Kontaktbereich 51 und auf dessen Seite in Richtung zu der unteren Oberfläche 10b hin angeordnet ist; und der freiliegenden Oberfläche der Metallbasis 3.
  • Die Form des Rahmen-Kontaktbereichs 51 ist die gleiche wie der Querschnitt des Leiterrahmens 1, der aus der Harz-Verkapselung 7 herausragt. Ferner vergrößert die Einschließung der Rippen 2 an den Endbereichen des Leistungsmoduls 20 die Harz-Menge, so dass es wahrscheinlich ist, dass sich das Leistungsmodul 20 zu einer nach oben konvexen Form in Bezug auf die freiliegende Oberfläche der Metallbasis 3 als einer vertikalen Referenz verzieht oder verwirft, wenn ein Bereich, der unterhalb der Oberfläche an der unteren Seite angeordnet ist, ein thermisches Zusammenziehen verursacht.
  • Es ist möglich, zu erreichen, dass die Harz-Dicke h10, bei der es sich um die Dicke handelt, die durch Subtrahieren der Dicke des Leiterrahmens 1 von der Dicke h8 des Harzes bestimmt wird, größer als die Harz-Dicke h9 wird, indem der Harz-Verkapselungs-Formungsschritt unter Verwendung des Formkörpers 62 ausgeführt wird, bei dem die Körperbereichshöhe hm8 auf der oberen Seite größer als die Körperbereichshöhe hm9 auf der Rippenseite ist.
  • Des Weiteren dient die Rippe bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 auch als Träger, so dass die Biegesteifigkeit des Leistungsmoduls verbessert wird. Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 ist aufgrund der Verbesserung der Biegesteifigkeit des Leistungsmoduls eine Verringerung möglich: des thermischen Zusammenziehens des Harzes, das auftritt, wenn das Leistungsmodul mit der Harz-Verkapselung 7, die bei einer hohen Temperatur geformt wird, auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird; sowie des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls aufgrund eines Unterschieds der linearen Ausdehnung, die während dieses Abkühlungsschritts zwischen den Elementen des Leiterrahmens 1, der Metallbasis 3, der Harz-Verkapselung 7 und dergleichen entsteht.
  • Folglich ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 nicht erforderlich, das Halte-Element wie bei dem Patentdokument 1 zu verwenden, so dass der Schritt zur Befestigung des Leistungsmoduls an dem Kühlkörper im Vergleich mit dem Leistungsmodul des Patentdokuments 1 verkürzt werden kann. Ferner fallen die Kosten für dieses Halte-Element bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 nicht an, da es nicht erforderlich ist, das Halte-Element wie bei dem Patentdokument 1 zu verwenden, so dass die Erzielung einer Kostenreduktion ermöglicht wird.
  • Das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 weist den Rippenbereich 11 auf, der an der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 in der Harz-Verkapselung 7 so angeordnet ist, dass er die äußere Peripherie der Metallbasis 3 umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b vorsteht, und zwar weist er die Rippen 2 auf, die jeweils an der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 und außerhalb der lateralen Oberfläche der Metallbasis 3 angeordnet sind und die so ausgebildet sind, dass sie aus der unteren Oberfläche 10b vorstehen.
  • Somit kann dieses verkleinert werden, während die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 verbessert wird. Ferner ist der isolierende Flächenkörper 5 bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 innerhalb der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 angeordnet, so dass der isolierende Flächenkörper 5, der kostenintensiv ist, in Bezug auf die Abmessung minimiert wird.
  • Es ist anzumerken, dass in 1 ein solches Beispiel gezeigt ist, bei dem in dem Leiterrahmen 1 innerhalb einer Endoberfläche, die sich in Kontakt mit dem isolierenden Flächenkörper 5 befindet, eine Stufe ausgebildet ist, um dadurch den Verdrahtungsbereich 21 zur Verfügung zu stellen. Aufgrund der Stufe zwischen dem Verdrahtungsbereich 21 und dem Anschlussbereich 22 ist der Anschlussbereich 22 mit einer Höhe von der Metallbasis 3 aus angeordnet ist, die größer als jene des Verdrahtungsbereichs 21 ist, so dass der Isolierungsabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 bis zu dem Maß einer Dicke der Harz-Verkapselung 7 verlängert wird, die jener Stufe entspricht.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Stufe so ausgebildet, dass ihre Höhe gleich der Hälfte der Dicke des Leiterrahmens 1 oder geringer ist, dass sie zum Beispiel gleich 0,3 mm relativ zu der Dicke des Leiterrahmens 1 von 0,6 mm ist. Dies liegt daran, dass, wenn die Stufe des Leiterrahmens 1 durch einen Stufenbildungsprozess erzeugt wird, wie beispielsweise durch einen Pressvorgang o. dgl., Bedenken in Bezug auf ein Brechen oder dergleichen bestehen, wenn die Stufenhöhe des Leiterrahmens 1 groß ist, und somit ist es erforderlich, dass die Stufe als eine angeordnet wird, die nicht brechen kann.
  • Mit zunehmender Dicke des Leiterrahmens 1 nimmt das Ausmaß eines Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls 20 aufgrund eines Unterschieds der linearen Ausdehnung zwischen dem Leiterrahmenelement und dem Harz zu, so dass es gewünscht ist, dass die Dicke des Leiterrahmens 1 in einen Bereich von 0,3 mm bis 1,0 mm fällt.
  • Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 ermöglicht ein Anwenden des Stufenbildungsprozesses auf den Leiterrahmen 1 eine Verkapselung des Leiterrahmens 1 durch das Harz in einem dünnen Zustand, so dass die Moduldicke reduziert und gleichmäßig ausgeführt werden kann. In dem Fall einer Reduzierung der Moduldicke ist es gewünscht, dass die Moduldicke des Leistungsmoduls 20, und zwar die Körperbereichshöhe h2, in einen Bereich von 5 mm bis 15 mm fällt.
  • Wenn das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens in die konvexe Form des Leistungsmoduls 20 ferner über 0,1 mm hinausgeht, wird es schwierig, das Leistungsmodul 20 unter Verwendung einer Schraubenbefestigungskraft flach auszuführen, so dass gewünscht ist, dass das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens gleich 0,1 mm oder geringer ist. Indessen wird die Rippenhöhe h1 bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 größer als die Rippen-Basisbreite wb1 vorgegeben, und dies dient dazu, sowohl das Isolierungsvermögen des Moduls sicherzustellen als auch das Modul zu verkleinern.
  • Nachstehend wird das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens eines Leistungsmoduls beschrieben. 22 ist eine Abbildung zur Veranschaulichung des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls. 23 ist eine Abbildung zur Veranschaulichung des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls in einer Plus-Richtung, und 24 ist eine Abbildung zur Veranschaulichung des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls in einer Minus-Richtung. In jeder Figur von 22 bis 24 ist ein Zustand eines Leistungsmoduls 55 vor einer Befestigung mit einer Schraube gezeigt.
  • Das Leistungsmodul 55 in 22 bis 24 ist so vereinfacht, dass der Rippenbereich 11, die Metallbasis 3 und dergleichen weggelassen sind. Auf der oberen Seite in 22 ist eine laterale Oberfläche 55c des Leistungsmoduls gezeigt, bei der es sich um eine laterale Oberfläche des Leistungsmoduls 55 handelt, und auf der unteren Seite ist eine obere Oberfläche 55a des Leistungsmoduls gezeigt, bei der es sich um die obere Oberfläche des Leistungsmoduls 55 handelt.
  • Die Metallbasis 3, die nicht gezeigt ist, ist auf einer unteren Oberfläche 55b des Leistungsmoduls angeordnet, bei der es sich um die untere Oberfläche des Leistungsmoduls 55 handelt. Das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens dieses Leistungsmoduls kann auch auf das Leistungsmodul 20 dieser Anmeldung angewendet werden.
  • Die Zeichen „+“ („plus“) und „-“ („minus“), welche die Richtungen des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls 55 anzeigen, werden jeweils in Bezug auf die freiliegende Oberfläche der Metallbasis 3 (die untere Oberfläche 55b des Leistungsmoduls in 22) als einer vertikalen Referenz bestimmt, und es wird angenommen, dass „+“ einem Verziehen oder Verwerfen mit einer nach oben vorstehenden Form entspricht und „-“ einem Verziehen oder Verwerfen mit einer nach unten vorstehenden Form entspricht. Das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens wird jedoch von der oberen Oberfläche des Leistungsmoduls 55 aus (von der oberen Oberfläche 55a des Leistungsmoduls aus) gemessen.
  • Somit wird in den 22 bis 24 eine durchbrochene Linie 56a an der oberen Oberfläche 55a des Leistungsmoduls als eine Referenz für die tatsächliche Messung verwendet. Vor einer Verschraubung des Leistungsmoduls 55, wie in 22 gezeigt, wird das Ausmaß wiedergegeben durch einen Unterschied zwischen: einem Messpunkt p1 in der Mitte auf der Harz-Seite des Leistungsmoduls 55, und zwar an der oberen Oberfläche 55a des Leistungsmoduls; und einem mittleren Punkt der Messpunkte p2, p3, p4 und p5 an den vier Ecken. In 22 befindet sich der Messpunkt p1 an einer Position am weitesten oben, und die Messpunkte p2, p3, p4 und p5 an den vier Ecken befinden sich an Positionen, dies sich in Bezug auf den Messpunkt p1 weiter unten befinden.
  • Eine durchbrochene Linie 56b geht durch den Messpunkt hindurch, bei dem der Absolutwert des Ausmaßes eines Verziehens oder Verwerfens maximal wird, und sie verläuft parallel zu der durchbrochenen Linie 56a. Es ist anzumerken, dass die durchbrochene Linie 56a, die als die Referenz verwendet wird, zum Beispiel senkrecht zu dem Loch 18 vorgegeben ist, durch das die Schraube 13 für eine Verschraubung hindurchgeht. Dementsprechend handelt es sich bei dem Ausmaß eines Verziehens oder Verwerfens bei dem Leistungsmodul 55 gemäß 22 um „-“, so dass das Verziehen oder Verwerfen eine nach unten vorstehende Form aufweist.
  • In jeder Figur von 23 und 24 ist ein Zustand gezeigt, in dem das Modul unter Verwendung der Schraube 13 an dem Messpunkt p1, der in der Mitte der oberen Oberfläche 55a des Leistungsmoduls angeordnet ist, mit dem hier nicht gezeigten Kühlkörper 16 verschraubt ist. In jeder Figur von 23 und 24 ist ein Querschnitt 55d des Leistungsmoduls gezeigt, bei dem es sich um einen Querschnitt des Leistungsmoduls 55 handelt. Es ist anzumerken, dass diagonale Linien, die indikativ für einen Querschnitt sind, hier weggelassen sind. Das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls 55 in einem Zustand während eines Verschraubens wird unter Bezugnahme auf den mittigen Messpunkt p1, und zwar die durchbrochene Linie 56a, so bestimmt, dass es einen Unterschied darstellt zwischen: einem Messpunkt, bei dem es sich um einen Punkt handelt, der in der Höhe am weitesten von dem mittigen Messpunkt p1 entfernt ist; und dem Messpunkt p1.
  • Bei dem Leistungsmodul 55 gemäß 23 wird das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens so bestimmt, dass es einen Unterschied darstellt zwischen: einem Messpunkt p6, bei dem es sich um einen Punkt handelt, der in der Höhe am weitesten von dem mittigen Messpunkt p1 entfernt ist; und dem Messpunkt p1. Eine durchbrochene Linie 56c geht durch den Messpunkt p6 hindurch und verläuft parallel zu der durchbrochenen Linie 56a. Bei dem Leistungsmodul 55 gemäß 23 ist das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens gleich „+“, so dass das Verziehen oder Verwerfen eine nach oben vorstehende Form aufweist. Bei dem Leistungsmodul 55 gemäß 24 wird das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens so bestimmt, dass es einen Unterschied darstellt zwischen: einem Messpunkt p7, bei dem es sich um einen Punkt handelt, der in der Höhe am weitesten von dem mittigen Messpunkt p1 entfernt ist; und dem Messpunkt p1. Eine durchbrochene Linie 56d geht durch den Messpunkt p7 hindurch und verläuft parallel zu der durchbrochenen Linie 56a.
  • Bei dem Leistungsmodul 55 gemäß 24 ist das Maß des Verziehens gleich „-“, so dass das Verziehen eine nach unten vorstehende Form aufweist. Es ist anzumerken, dass das Leistungsmodul 55 gemäß 24 einen Anfangszustand während eines Verschraubens des Leistungsmoduls 55 gemäß 22 zeigt und dass das Leistungsmodul 55 gemäß 23 einen Endzustand während des Verschraubens des Leistungsmoduls 55 gemäß 22 zeigt.
  • Bei dieser Ausführungsform wird indessen eine Einheit verwendet, bei welcher der einzelne isolierende Flächenkörper 5 und die Metallbasis 3 miteinander kombiniert sind; dies stellt jedoch keine Beschränkung dar, und die Rippenstruktur dieser Ausführungsform kann auf ein Leistungsmodul angewendet werden, das eine übliche Keramikplatte oder Metallplatte aufweist. Ferner kann die Rippenstruktur dieser Ausführungsform auf ein Modul angewendet werden, bei dem der isolierende Flächenkörper 5 nicht verwendet wird und die Leistungselemente 4 mit der Metallbasis 3 verbunden sind, die dick ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, weist das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 Folgendes auf: die Leistungselemente 4; die Metallbasis 3, um Wärme von den Leistungselementen 4 abzuführen; den Leiterrahmen 1, der mit den Elektroden der Leistungselemente 4 elektrisch verbunden ist; sowie die Harz-Verkapselung 7, welche die Leistungselemente 4 so verkapselt, dass die eine Oberfläche der Metallbasis 3 und ein Teil des Leiterrahmens 1 von der Verkapselung freiliegen.
  • Die Harz-Verkapselung 7 des Leistungsmoduls 20 ist dadurch charakterisiert, dass sie Folgendes aufweist: den Körperbereich 10, in dem die Leistungselemente 4 und ein Teil des Leiterrahmens 1 angeordnet sind und an dessen unterer Oberfläche 10b die eine Oberfläche der Metallbasis 3 freiliegt; sowie den Rippenbereich 11, der an der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 derart angeordnet ist, dass er die äußere Peripherie der Metallbasis 3 umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs 10 in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b vorsteht.
  • Aufgrund einer Einschließung des Rippenbereichs 11, der an der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 der Harz-Verkapselung 7 so angeordnet ist, dass er die äußere Peripherie der Metallbasis 3 umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b vorsteht, kann das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 verkleinert werden, während die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 verbessert wird. Ferner kann bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 1 die Steifigkeit des Leistungsmoduls 20 aufgrund der Wirkung der Rippe 2 als einem Träger erhöht werden, so dass das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens effektiv gesteuert wird.
  • Das Leistungsmodul-Herstellungsverfahren zur Herstellung des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1 ist dadurch charakterisiert, dass es Folgendes aufweist: einen Schritt, bei dem der Zwischenproduktaufbau 60, der die Leistungselemente 4, die Metallbasis 3 und den Leiterrahmen 1 aufweist, in dem Formkörper 62 so angeordnet wird, dass sich die Metallbasis 3 in Kontakt mit dem Metallbasis-Anordnungsteil 66 befindet und ein Teil des Leiterrahmens 1 von dem Formkörper 62 freiliegt; sowie einen Schritt, bei dem die Harz-Verkapselung 7 geformt wird, indem ein Spritzgieß-Harz in den Formkörper 62 eingespritzt wird.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls gemäß der Ausführungsform 1 ist es möglich, das Leistungsmodul 20 herzustellen, das den Rippenbereich 11 aufweist, der an der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 der Harz-Verkapselung 7 so angeordnet ist, dass er die äußere Peripherie der Metallbasis 3 umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b vorsteht.
  • Ferner ist es gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls gemäß der Ausführungsform 1 möglich, das Leistungsmodul 20 herzustellen, das eine in Bezug auf die freiliegende eine Oberfläche der Metallbasis 3 als einer vertikalen Referenz nach oben konvexe Form aufweist, indem ein solcher Formkörper 62 verwendet wird, bei dem eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 (eine Körperbereichshöhe hm9 auf der Rippenseite), die sich zwischen dem Metallbasis-Anordnungsteil 66, mit dem sich die Metallbasis 3 in Kontakt befindet, und der einen Seite einer Öffnung befindet, die auf einer Seite in Richtung zu der Metallbasis in einer Öffnung des Formkörpers angeordnet ist (Anschlussöffnungen 65a, 65b), durch die hindurch der Leiterrahmen 1 freizulegen ist, kleiner als eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 (der Körperbereichshöhe hm8 auf der oberen Seite) ist, die sich zwischen einer inneren Oberfläche des Formkörpers, an der die obere Oberfläche 10a des Leistungsmoduls 20 zu bilden ist, die sich gegenüber von der unteren Oberfläche 10b befindet, und der einen Seite der Öffnung befindet.
  • Bei einem weiteren Aspekt ist das Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls gemäß der Ausführungsform 1 dadurch charakterisiert, dass: ein solcher Formkörper 62 verwendet wird, bei dem in dessen ein Rippenende bildendem Teil 69, an dem das Ende des Rippenbereichs 11 zu bilden ist, das aus der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 hervorsteht, die Mehrzahl von Stiftöffnungen 67a, 67b gebildet wird, in die Stifte zum Ausstoßen der Harz-Verkapselung 7 einzusetzen sind; der Schritt, bei dem die Harz-Verkapselung 7 geformt wird, in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die Stiftöffnungen 67a, 67b verschlossen sind; und das Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls ferner einen Schritt aufweist, bei dem Vertiefungen 101 in dem Rippenbereich 11 in einer solchen Weise gebildet werden, dass die Stifte zu dem Zeitpunkt des Ausstoßens der Harz-Verkapselung 7 aus dem Formkörper 62 über die Stiftöffnungen 67a, 67b hinaus eingesetzt werden, um den Rippenbereich 11 der Harz-Verkapselung 7 heraus zu drücken. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls gemäß der Ausführungsform 1 ist es möglich, das Leistungsmodul 20 herzustellen, das mit dem Rippenbereich 11 versehen ist, der an seinem aus der unteren Oberfläche 10b hervorstehenden Ende die Vertiefungen 101 aufweist, indem der Formkörper 62 verwendet wird, in dem die Mehrzahl von Stiftöffnungen 67a, 67b ausgebildet ist.
  • Ausführungsform 2
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung. Ein Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 2 unterscheidet sich von jenem gemäß der Ausführungsform 1 in Bezug auf die Form der Rippe 2 des Rippenbereichs 11. Die Rippe 2 weist ein Rippenbasisteil 26 und ein vorstehendes Teil 27 auf. Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 weist das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 2 die Rippen 2 auf, die jeweils an der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 und außerhalb der lateralen Oberfläche der Metallbasis 3 angeordnet sind und die so ausgebildet sind, dass sie aus der unteren Oberfläche 10b vorstehen, so dass dieses verkleinert werden kann, während die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 verbessert wird.
  • In 6 sind die Rippen 2a, 2b dargestellt. Das vorstehende Teil 27 weist die Form einer kleinen Rippe auf, die an dem Rippenbasisteil 26 angeordnet ist. Das Rippenbasisteil 26 ist mit der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 verbunden, und das vorstehende Teil 27 ist an einem Ende des Rippenbasisteils 26 angeordnet, das aus der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 hervorsteht, und ist so ausgebildet, dass es in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 vorsteht. Da die Form der kleinen Rippe des vorstehenden Teils 27 ein schmales oberes Ende liefert, ist es erstrebenswert, eine Maßnahme zu ergreifen, um ein Abblättern des Bereichs des oberen Endes zu verhindern, zum Beispiel eine R-Form an jenem Bereich anzubringen.
  • Ähnlich wie bei 1 handelt es sich bei dem in 6 gezeigten Querschnitt der Rippe 2 um einen transversalen Querschnitt senkrecht zu der Richtung, in der sie sich erstreckt, die parallel zu der lateralen Oberfläche des Körperbereichs 10 ist. In dem Rippenbasisteil 26 ist deren Form in einem transversalen Querschnitt, bei dem es sich um einen Querschnitt senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 handelt, eine sich verjüngende Form, bei der eine Verbindungsbreite, mit der das Rippenbasisteil mit der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 verbunden ist, größer als eine Breite eines Endes des Rippenbasisteils ist, bei dem es sich um ein Ende handelt, das aus der unteren Oberfläche 10b hervorsteht; und in dem vorstehenden Teil 27 ist deren Form in einem transversalen Querschnitt, bei dem es sich um einen Querschnitt senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 handelt, eine sich verjüngende Form, bei der eine Verbindungsbreite, mit der das vorstehende Teil mit dem Rippenbasisteil 26 verbunden ist, größer als eine Breite eines Endes des vorstehenden Teils ist, bei dem es sich um ein Ende handelt, das aus dem Ende des Rippenbasisteils hervorsteht.
  • Die Rippe 2 bei der Ausführungsform 2 weist eine zweistufige Form auf, bei der die Verjüngungsneigung des vorstehenden Teils 27 steiler als die Verjüngungsneigung des Rippenbasisteils 26 ist, so dass die Länge L2 des äußeren Umfangs der Rippe 2 größer als jene einer Rippe mit einer einstufigen Form ist, wie bei der Ausführungsform 1 gezeigt, auch wenn diese Rippen die gleiche Höhe aufweisen.
  • So ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 2 möglich, die Länge Li eines unteren peripheren Teils zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 im Vergleich zu dem Fall einer Rippe 2 mit gleicher Höhe zu vergrößern, die eine einstufige Form aufweist, und zwar ist es möglich, den Isolierungsabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 zu vergrößern. Wenn der erforderliche Isolierungsabstand herzustellen ist, ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 2 des Weiteren möglich, eine Rippenhöhe h4 im Vergleich zu dem Fall des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1 zu verringern.
  • Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 2 handelt es sich bei der Höhe des Körperbereichs 10 in der Harz-Verkapselung 7 um die Körperbereichshöhe h2, bei der Höhe des Rippenbereichs 11 handelt es sich um die Rippenhöhe h4, und bei der Höhe der Harz-Verkapselung 7 handelt es sich um eine Höhe h5 der Harz-Verkapselung.
  • Da die Rippenhöhe h4 geringer als die Rippenhöhe h1 bei der Ausführungsform 1 ist, kann das Leistungsmodul 20 die Höhe der Harz-Verkapselung 7 reduzieren, während der Isolierungsabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 ausreichend sichergestellt ist, und somit kann die Harz-Verkapselung 7 stärker verkleinert werden als in dem Fall des Leistungsmoduls 20 gemäß der Ausführungsform 1. Des Weiteren ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 2 möglich, die Menge des Harzes für die Rippen 2 zu verringern und dadurch die Kosten für das Harz der Harz-Verkapselung 7 zu reduzieren.
  • Ausführungsform 3
  • 7 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung. Ein Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 3 unterscheidet sich von jenem gemäß der Ausführungsform 1 dahingehend, dass die Höhen der Rippen 2 in dem Rippenbereich 11 in zwei Typen von Höhen aufgeteilt sind. In 7 ist ein solches Beispiel gezeigt, bei dem die Höhe einer Rippe 2a gleich einer Rippenhöhe h1 ist und die Höhe einer Rippe 2b gleich einer Rippenhöhe h6 ist.
  • Der Isolierungsabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 ist von einer Spannung abhängig, die für jeden der Anschlüsse 23 erforderlich ist. Zum Beispiel ist an dem Anschluss 23a, bei dem es sich um einen Ausgangsanschluss an dem Leiterrahmen 1 handelt, an dem ein Leistungselement 4 montiert ist, wie beispielsweise ein IGBT, eine FWD (Freilaufdiode), eine CVD (Konverterdiode) oder dergleichen, eine hohe Spannung gegeben.
  • Im Gegensatz dazu ist an dem Anschluss 23b, bei dem es sich um einen Steueranschluss an dem Leiterrahmen 1 zum Steuern des Gates eines IGBT oder einen Steueranschluss an dem Leiterrahmen 1 zum Detektieren eines Stroms für einen Stromsensor handelt, eine niedrige Spannung gegeben. Auf die in 7 gezeigten Rippen 2a und 2b kann auch als eine Rippe auf der Seite einer hohen Spannung beziehungsweise als eine Rippe auf der Seite einer niedrigen Spannung Bezug genommen werden.
  • Dementsprechend ist es zulässig, dass die Höhe der Rippe 2a, die zwischen dem Anschluss 23a als Ausgangsanschluss an dem Leiterrahmen 1, an dem eine hohe Spannung gegeben ist, und der Metallbasis 3 angeordnet ist, größer vorgegeben wird, während die Höhe der Rippe 2b, die zwischen dem Anschluss 23b als Steueranschluss an dem Leiterrahmen 1, an dem eine niedrige Spannung gegeben ist, und der Metallbasis 3 angeordnet ist, kleiner vorgegeben wird. Und zwar ist es zulässig, dass die Höhe der Rippe 2a auf der Seite einer hohen Spannung größer vorgegeben wird, während die Höhe der Rippe 2b auf der Seite einer niedrigen Spannung kleiner vorgegeben wird.
  • Bei dieser Ausführungsform ragen die Anschlüsse 23 des Leiterrahmens 1 ähnlich wie bei dem in 2 gezeigten Leistungsmodul 20 in den drei Richtungen heraus, so dass in Bezug auf die Richtung, in der kein Anschluss des Leiterrahmens 1 herausragt, und zwar in Bezug auf die Rippe 2d, da diese mit einer niedrigen Spannung verknüpft ist, die Rippe auf der Seite einer niedrigeren Spannung angewendet wird, deren Höhe gleich der Rippenhöhe h6 ist.
  • In Bezug auf die Rippe 2c wird, wenn es sich bei dem Anschluss 23c um einen Anschluss handelt, an dem eine hohe Spannung gegeben ist, die Rippe auf der Seite einer hohen Spannung angewendet, und wenn es sich bei dem Anschluss 23c um einen Anschluss handelt, an dem eine niedrige Spannung gegeben ist, wird die Rippe auf der Seite einer niedrigen Spannung angewendet.
  • Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 weist das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 3 die Rippen 2 auf, die an der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 und außerhalb der lateralen Oberfläche der Metallbasis 3 angeordnet sind und die so ausgebildet sind, dass sie aus der unteren Oberfläche 10b vorstehen, so dass dieses verkleinert werden kann, während die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 verbessert wird. Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 3 ist bei zumindest der einen Rippe (den Rippen 2b, 2d) von der Mehrzahl der Rippen 2 des Rippenbereichs 11 die Rippenhöhe h6, das heißt, eine Höhe von der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 zu einem Ende jener Rippe (der Rippen 2b, 2d), das sich am weitesten von der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 entfernt befindet, kleiner als die Rippenhöhe h1 der anderen Rippe (der Rippe 2a).
  • Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 3 ist es möglich, die Menge an Harz für die Harz-Verkapselung 7 zu verringern, während ein Effekt erhalten wird, durch den das Verziehen oder das Verwerfen des Leistungsmodul reduziert wird, da dieses die Rippen 2 mit unterschiedlichen Höhen konform mit den Spannungen an den Anschlüssen des Leiterrahmens 1 aufweist, so dass dadurch die Kosten für das Harz der Harz-Verkapselung 7 reduziert werden. Es ist anzumerken, dass die Beschreibung unter Verwendung eines Beispiels erfolgte, bei dem die Höhen der Rippen 2 in dem Rippenbereich 11 in zwei Typen von Höhen aufgeteilt sind; sie können jedoch auch in drei Typen von Höhen aufgeteilt sein.
  • Ausführungsform 4
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung, und 9 ist eine Ansicht von unten auf das Leistungsmodul gemäß 8 bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der die Metallbasis angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass der Anschlussbereich 22 des Leiterrahmens 1 in 9 aus der Darstellung weggelassen ist. Ein Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 4 unterscheidet sich von jener gemäß der Ausführungsform 1 dahingehend, dass es sich bei dessen äußerer Gestalt bei einer Betrachtung von der Seite der oberen Oberfläche 10a oder der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 her um eine längliche Gestalt handelt.
  • Es ist anzumerken, dass die äußere Gestalt bei einer Betrachtung von der Seite der oberen Oberfläche 10a oder der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 her nicht auf eine längliche Gestalt beschränkt ist und eine viereckige Gestalt mit langen Seiten und kurzen Seiten sein kann. Im äußeren Erscheinungsbild weist das Leistungsmodul 20 eine Konfiguration auf, bei der die Anschlüsse 23 des Leiterrahmens 1 in den vier Richtungen herausragen und Löcher 18 zur Befestigung des Leistungsmoduls 20 an zwei Stellen ausgebildet sind.
  • Die Dicke der Rippen 2c, 2d, die peripher an den jeweiligen langen Seiten und in der Längsrichtung des Leistungsmoduls 20 angeordnet sind, ist größer als jene der Rippen 2a, 2b, die peripher an den jeweiligen kurzen Seiten und in der Querrichtung angeordnet sind. Ferner wird bei dieser Ausführungsform angenommen, dass die Anschlüsse 23 des Leiterrahmens 1 in vier Richtungen aus den lateralen Oberflächen des Leistungsmoduls 20 herausragen; die Anzahl der Richtungen, in denen die Anschlüsse 23 herausragen, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.
  • In 8 ist ein solches Beispiel gezeigt, bei dem die jeweiligen Sätze von fünf Anschlüssen 23a, 23b aus den lateralen Oberflächen der Harz-Verkapselung 7 herausragen, entlang denen die jeweiligen Rippen 2a, 2b so ausgebildet sind, dass sie peripher an den kurzen Seiten angeordnet sind; und die jeweiligen Sätze von sechs Anschlüssen 23c, 23d aus den lateralen Oberflächen der Harz-Verkapselung 7 herausragen, entlang denen die jeweiligen Rippen 2c, 2d so ausgebildet sind, dass sie peripher an den langen Seiten angeordnet sind.
  • Im Allgemeinen ist das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens eines Leistungsmoduls in dessen Längsrichtung größer als in dessen Querrichtung. Da das Verziehen oder Verwerfen des Leistungsmoduls in der Querrichtung des Leistungsmoduls bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 3, das mit den Rippen 2 versehen ist, geringer ist, ist es zulässig, die Dicke der Rippen 2a, 2b, die in der Querrichtung angeordnet sind, kleiner als jene der Rippen 2c, 2d auszuführen, die in der Längsrichtung angeordnet sind.
  • Es ist anzumerken, dass auf die in der Querrichtung angeordnete Rippe gegebenenfalls als eine Rippe in der Querrichtung oder eine Rippe auf der kurzen Seite Bezug genommen wird, und dass auf die in der Längsrichtung angeordnete Rippe gegebenenfalls als eine Rippe in der Längsrichtung oder eine Rippe auf der langen Seite Bezug genommen wird.
  • Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 weisen die Querschnitte der Rippen 2 in der Rippenstruktur des Rippenbereichs 11 bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 4 jeweils eine sich verjüngende Gestalt auf.
  • Bei der Breite eines Verbindungsbereichs, in dem jede der Rippen 2a, 2b des Rippenbereichs 11 in der Querrichtung mit dem Körperbereich 10 verbunden ist, handelt es sich um die Rippen-Basisbreite wb1, und bei der Breite des Endes jeder der Rippen 2a, 2b, das hervorsteht und sich am weitesten von dem Körperbereich 10 entfernt befindet, handelt es sich um die Endbreite ws1. Bei der Breite eines Verbindungsbereichs, in dem jede der Rippen 2c, 2d des Rippenbereichs 11 in der Längsrichtung mit dem Körperbereich 10 verbunden ist, handelt es sich um die Rippen-Basisbreite wb2, und bei der Breite des Endes jeder der Rippen 2c, 2d, das hervorsteht und sich am weitesten von dem Körperbereich 10 entfernt befindet, handelt es sich um die Endbreite ws2. Da die Verjüngung in jeder der Rippen 2a, 2b, 2c, 2d des Rippenbereichs 11 ausgebildet ist, sind die Endbreiten ws1, ws2 jeweils kleiner als die Rippen-Basisbreiten wb1, wb2, und zwar gelten die Relationen ws1 < wb1 und ws2 < wb2.
  • Bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 4 ist die Dicke der Rippen 2a, 2b in der Querrichtung kleiner als jene der Rippen 2c, 2d in der Längsrichtung vorgegeben, und zwar ist die Rippen-Basisbreite wb1 der Rippe in der Querrichtung kleiner als die Rippen-Basisbreite wb2 der Rippe in der Längsrichtung, und die Endbreite ws1 der Rippe in der Querrichtung ist kleiner als die Endbreite ws2 der Rippe in der Längsrichtung. Und zwar gelten die Relationen wb1 < wb2 und ws1 < ws2.
  • Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 weist das Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 4 die Rippen 2 auf, die jeweils an der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 und außerhalb der lateralen Oberfläche der Metallbasis 3 angeordnet sind und die so ausgebildet sind, dass sie aus der unteren Oberfläche 10b vorstehen, so dass dieses verkleinert werden kann, während die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 verbesset wird.
  • Da die Dicke der Rippen 2a, 2b in der Querrichtung kleiner als jene der Rippen 2c, 2d in der Längsrichtung ist, wird es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 4 möglich, die Menge an Harz für die Harz-Verkapselung 7 zu verringern, während ein Effekt erhalten wird, durch den das Verziehen oder das Verwerfen des Leistungsmoduls reduziert wird, so dass dadurch die Kosten für das Harz der Harz-Verkapselung 7 reduziert werden.
  • Ausführungsform 5
  • 10 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung. 11 ist eine Abbildung, die einen wesentlichen Teil der Leistungs-Halbleitereinheit gemäß 10 zeigt, und 12 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungs-Halbleitereinheit gemäß 10. 10 ist eine Querschnittsansicht einer in 12 mittels einer durchbrochenen Linie gekennzeichneten Schnittfläche bei einer Betrachtung aus einer Richtung B. Bei der Ausführungsform 5 wird ein Beispiel beschrieben, bei dem es sich um eine Leistungs-Halbleitereinheit 40 handelt, die ein Leistungsmodul 20 und einen Kühlkörper 16 aufweist. Es wird ein Fall beschrieben, in dem die Konfiguration des Leistungsmoduls 20 die gleiche wie bei der Ausführungsform 1 ist.
  • Der Kühlkörper 16 weist ein Kühlkörperbasisteil 31, ein an der Basis abgestuftes Teil 32 sowie Rippen 33 auf. An einer ebenen oberen Oberfläche 32a des an der Basis abgestuften Teils 32, das in dem Kühlkörper 16 angeordnet ist, ist ein Fett 14 angebracht, so dass die untere Oberfläche der Metallbasis 3 in dem Leistungsmodul 20 unter Verwendung einer Schraube 13 durch das Fett 14 mit dem Kühlkörper 16 gekoppelt ist.
  • Die von den Leistungselementen 4 in dem Leistungsmodul 20 erzeugte Wärme wird durch das Fett 14 von der Metallbasis 3 zu dem an der Basis abgestuften Teil 32 in dem Kühlkörper 16 transferiert und dann an das Kühlkörperbasisteil 31 und die Rippen 33 in dem Kühlkörper 16 abgeführt.
  • Die ebene obere Oberfläche 32a des an der Basis abgestuften Teils 32 ist breiter als die ebene untere Oberfläche der Metallbasis 3. Der Zweck besteht darin, eine Wärmeabführungsfläche an dem an der Basis abgestuften Teil 32 größer als die Wärmeabführungsfläche der Metallbasis 3 auszuführen, von der die von den Leistungselememnten 4 erzeugte Wärme abgeführt wird, um dadurch das Wärmeabführungsvermögen für die von den Leistungselementen 4 erzeugte Wärme zu verbessern.
  • Das an der Basis abgestufte Teil 32 ist integral mit dem Kühlkörperbasisteil 31 und den Rippen 33 strukturiert, und es wird ein in hohem Maße leitfähiges Element aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen dafür verwendet. Es ist anzumerken, dass dies keine Beschränkung darstellt und das an der Basis abgestufte Teil 32 als ein separates Teil mit dem Kühlkörperbasisteil 31 verbunden sein kann.
  • Der Rippenbereich 11 des Leistungsmoduls 20 ist indessen so an dem Kühlkörper 16 befestigt, dass er die äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils 32 umgibt, so dass mittels des an der Basis abgestuften Teils 32 und der Rippe 2 in dem Fett 14 eine Fettanhäufung 17 entsteht.
  • Aufgrund der Anordnung der Fettanhäufung 17 wandert das Fett 14, das sich aus der Berührungsfläche zwischen der Metallbasis 3 und dem an der Basis abgestuften Teil 32 heraus verteilt, bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 zum Zeitpunkt einer Verschraubung des Leistungsmoduls 20 und des Kühlkörpers 16 aneinander bis zu einer lateralen Oberfläche 32b des an der Basis abgestuften Teils 32. Somit wird die Kontaktfläche zwischen dem Fett 14 und dem an der Basis abgestuften Teil 32 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 vergrößert, so dass die thermische Leitung zu dem Fett 14 verbessert wird und somit das Wärmeabführungsvermögen verbessert wird.
  • Ferner wird die Höhe des an der Basis abgestuften Teils 32 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 groß vorgegeben, um so zu verhindern, dass die Rippe 2 in dem Leistungsmodul 20 in Kontakt mit dem Kühlkörperbasisteil 31 in dem Kühlkörper 16 kommt. Und zwar ist die Höhe des an der Basis abgestuften Teils 32 größer als die Rippenhöhe h1 der Rippe 2. Es ist anzumerken, dass, wenn die Rippen 2 wie bei der Ausführungsform 3 mit einer Mehrzahl von Rippenhöhen versehen sind, die Höhe des an der Basis abgestuften Teils 32 größer als die Höhe der höchsten Rippe von diesen ist.
  • In dem Fall, in dem das Leistungsmodul 20, das eine in 15 gezeigte konvexe Form aufweist, an einer Stelle um seine Mitte herum mit dem Kühlkörper 16 verschraubt ist, wirkt das Leistungsmodul 20 indessen aus dem Zustand heraus, in dem sich Endbereiche des Leistungsmoduls 20 in Kontakt mit der oberen Oberfläche 32a des an der Basis abgestuften Teils 32 in dem Kühlkörper 16 befinden, als ob es durch die Verwendung einer Verschraubungskraft über die mittlere Lücke hinweg, die durch das Leistungsmodul 20 entsteht, eine Feder festzieht.
  • Dementsprechend wird das Leistungsmodul 20 in dem Fall des Leistungsmoduls 20 mit der konvexen Form von der konvexen Form zu einer ebenen Form verformt, während die Metallbasis 3 weiter gegen das Fett 14 gepresst wird, das an der oberen Oberfläche 32a des an der Basis abgestuften Teils 32 in dem Kühlkörper 16 angebracht ist, so dass das Fett 14 dünn geformt wird. Wenn das Fett 14 dünner wird, wird die thermische Leitfähigkeit höher, und somit wird das Wärmeabführungsvermögen des Leistungsmoduls 20 verbessert.
  • Im Allgemeinen wird ein Leistungsmodul durch ein Fett mit einem Kühlkörper verschraubt. Wenn das Leistungsmodul in diesem Zustand fortwährend in einer heiß-kalten Umgebung verwendet wird, treten aufgrund eines Unterschieds der linearen Ausdehnung zwischen Elementen in dem Leistungsmodul wiederholt ein Ausdehnen und ein Zusammenziehen auf. Somit verändert sich das Leistungsmodul von einem ebenen Zustand in einen verzogenen oder verworfenen Zustand und von einem verzogenen oder verworfenen Zustand in einen ebenen Zustand, so dass an der Endseite des Moduls wiederholt eine verziehende oder verwerfende und eine ebnende Bewegung verursacht wird.
  • Es ist bekannt, dass aus diesem Grund ein Herauspump-Phänomen auftritt, bei dem das Fett aus der Endseite des Leistungsmoduls ausströmt und dadurch das Wärmeabführungsvermögen beeinträchtigt. In Bezug auf die Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5, die mit dem Leistungsmodul 20 ausgestattet ist, das die konvexe Form aufweist, wird dieses mittels der Schraube 13 durch Verwendung der Federkraft des Leistungsmoduls 20 festgezogen, so dass ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem das Modul gegen den Kühlkörper 16 gepresst wird, so dass dadurch ein Ausströmen des Fetts 14 eingeschränkt wird.
  • Wenn das Leistungsmodul 20 nach oben konvex ist, wie in 15 gezeigt, ist das Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens des Leistungsmoduls 20 in dem verschraubten Zustand gleich -50 bis +50 µm. Dieses Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens wird für jeden der Fälle bestimmt, die einen Fall aufweisen, bei dem das Fett 14 in der Mitte des Leistungsmoduls 20 verbleibt, einen Fall aufweisen, bei dem es an den beiden Enden des Moduls verbleibt, und dergleichen. Außerdem ist das Ausmaß abhängig von dem Durchmesser des Füllmittels in dem Fett 14 und beträgt im Allgemeinen 50 µm oder weniger.
  • Hierbei wird angenommen, dass, genau wie bei 22 bis 24, die Richtung des Ausmaßes des Verziehens oder Verwerfens zum Zeitpunkt eines Verschraubens in Bezug auf eine oberste Oberfläche des Moduls in dem Verschraubungsbereich gleich „+“ („plus“) ist, wenn die Richtung nach oben geht, und gleich „-“ („minus“) ist, wenn die Richtung nach unten geht. „0 µm“ bedeutet eben. Wenn ein Verziehen oder Verwerfen in der Plus-Richtung vorliegt, handelt es sich bei der Form des Leistungsmoduls 20 um eine M-artige Form wie in 23, das heißt, eine Form, die einen oberen Bereich aufweist (einen Bereich, der den Messpunkt p6 aufweist), der weiter nach oben liegt als die Oberfläche des Moduls in dem Verschraubungsbereich (die obere Oberfläche 10a).
  • Im Gegensatz dazu handelt es sich bei der Form des Leistungsmoduls 20 um eine nach oben konvexe Form, wenn ein Verziehen oder Verwerfen in der Minus-Richtung vorliegt. Dies liegt daran, dass eine Form, die ursprünglich konvex nach oben ist, einem Verschrauben unterworfen wird. Eine Form mit einem Ausmaß des Verziehens oder Verwerfens von -50 bis 0 µm weist eine höhere Zuverlässigkeit als andere auf und ist somit bevorzugter.
  • Bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5, die in 10 bis 12 gezeigt ist, wird das an der Basis abgestufte Teil 32 des Kühlkörpers 16 in Richtung zu der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 eingesetzt, die an einer niedrigeren Position als jener des Rippenbereichs 11 des Leistungsmoduls 20 angeordnet ist, und wird in Richtung zu der unteren Oberfläche der Metallbasis 3 eingesetzt (gegebenenfalls wird auf diese als eine untere Oberfläche im Inneren des Moduls Bezug genommen), und wird dann an einem Punkt derart befestigt, dass die Schraube 13 in das Loch 18 eingesetzt wird, das in dem mittleren Bereich ausgebildet ist.
  • Eine Verschraubung wird derart durchgeführt, dass das Ende der Rippe 2 in der Rippe 2 des Leistungsmoduls 20 tiefer als die obere Oberfläche 32a des an der Basis abgestuften Teils 32 in dem Kühlkörper 16 positioniert wird, jedoch nicht mit dem Kühlkörperbasisteil 31 in dem Kühlkörper 16 in Kontakt kommt. Somit entsteht die Fettanhäufung 17 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 zwischen dem an der Basis abgestuften Teil 32 und der Rippe 2, so das die Bedenken in Bezug auf ein Tropfen des Fetts 14 abgeschwächt werden, auch wenn das Produkt über eine lange Zeitspanne hinweg in einem installierten Zustand verwendet wird.
  • Da die Rippe 2 des Leistungsmoduls 20 an einer Position angeordnet ist, die sich nicht in Kontakt mit dem Kühlkörper 16 befindet, kann das Leistungsmodul 20 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 ferner in einem nicht-floatenden Zustand verschraubt werden, auch wenn es die Rippe 2 aufweist. Bei dem Kühlkörper 16 handelt es sich um jenen, der integral mit dem an der Basis abgestuften Teil 32 hergestellt wurde; die gleiche Wirkung wird jedoch erzielt, wenn er mit dem an der Basis abgestuften Teil 32 als einem separaten Teil hergestellt wird.
  • Wenn eine derartige Befestigung an einem Punkt auf das Leistungsmodul 100 des Vergleichsbeispiels angewendet wird, das den Rippenbereich 11 nicht aufweist, wird das Leistungsmodul 100 verschraubt, während es immobilisiert ist, so dass es sich nicht dreht. Wenn das Leistungsmodul 100 dabei locker immobilisiert ist, dreht sich das Leistungsmodul 100, so dass sich das obere Ende des Anschlusses in dem Leiterrahmen 1 ebenfalls dreht, und somit ist eine die Drehung verhindernde Spanneinrichtung erforderlich, um die Drehung des Leistungsmoduls 100 zu verhindern.
  • Anders als bei diesem Vergleichsbeispiel wird die Drehung des Leistungsmoduls 20 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 in einer solchen Weise verhindert, dass die Endseite (die laterale Oberfläche 32b) des an der Basis abgestuften Teils 32 in dem Kühlkörper 16 in Kontakt mit der Endseite der Rippe 2 kommt, die sich gegenüber von dem an der Basis abgestuften Teil 32 befindet, so das eine die Drehung verhindernde Spanneinrichtung nicht erforderlich ist. Bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 ist es möglich, die Montageschritte für die Leistungs-Halbleitereinheit problemlos auszuführen, da keine die Drehung verhindernde Spanneinrichtung erforderlich ist.
  • Ferner ist es bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 möglich, das Verziehen oder Verwerfen des Moduls einzuschränken, da die Rippe 2 des Leistungsmoduls 20 als Träger dient, und da es nicht erforderlich ist, das Halte-Element wie bei dem Patentdokument 1 zu verwenden, ist es möglich, den Schritt zur Befestigung des Leistungsmoduls 20 an dem Kühlkörper 16 im Vergleich mit dem Leistungsmodul im Patentdokument 1 zu verkürzen.
  • Des Weiteren kann das Leistungsmodul 20 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 unter Verwendung der Schraube 13 an dem Kühlkörper 16 an einer Stelle in dem mittleren Bereich des Leistungsmoduls 20 befestigt werden. Folglich kann die Anzahl von Schrauben zum Befestigen des Leistungsmoduls 20 an dem Kühlkörper 16 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 reduziert werden, und zwar kann ein Leistungsmodul 20 mit einer kleineren Abmessung montiert werden, so dass die Leistungs-Halbleitereinheit verkleinert werden kann.
  • Da das Leistungsmodul 20 bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 an dem Kühlkörper 16 so befestigt ist, dass dessen Rippenbereich 11 die äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils 32 umgibt, staut sich das Fett 14 einmal zwischen der Rippe 2 und dem an der Basis abgestuften Teil 32. Dann wandert das Fett 14, nachdem es in einer Ausström-Richtung aus dem an der Basis abgestuften Teil 32 heraus geströmt ist, entlang der Rippe 2 in einer Richtung senkrecht zu der Ausström-Richtung.
  • Da das Fett 14 hierbei durch die Rippe 2 und das an der Basis abgestufte Teil 32 einem Leitungswiderstand oder einem Leitungskrümmungswiderstand unterworfen ist, wandert es nicht leicht. Dementsprechend kann die Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 5 das Ausströmen des Fetts 14 in einer heiß-kalten Umgebung reduzieren, so dass dadurch eine Verringerung des Wärmeabführungsvermögens des Leistungsmoduls 20 eingeschränkt wird.
  • Ausführungsform 6
  • 25 ist eine Querschnittsansicht einer Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 6 der Erfindung. Eine Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 6 ist als ein Beispiel dargestellt, bei dem in dem Kühlkörper 16 eine Kühlkörper-Nut 16a ausgebildet ist, in die der Rippenbereich 11 in dem Leistungsmodul 20 einzusetzen ist. In dem Kühlkörper 16 in 25 handelt es sich bei einem Teil, das auf der inneren Seite der Kühlkörper-Nut 16a und auf der oberen Seite einer durchbrochenen Linie 34 angeordnet ist, um das an der Basis abgestufte Teil 32, und bei jenem, das auf der unteren Seite einer durchbrochenen Linie 35 angeordnet ist, handelt es sich um die Rippen 33.
  • Im Vergleich mit dem Kühlkörperbasisteil 31 des Kühlkörpers 16 in 10 lässt sich sagen, dass das Kühlkörperbasisteil 31 des Kühlkörpers 16 in 25 eine Struktur aufweist, die mit einem äußeren peripheren Rahmen 36 auf der Seite versehen ist, die sich näher bei der äußeren Peripherie desselben befindet. Der äußere periphere Rahmen 36 ist auf der äußeren Seite der Kühlkörper-Nut 16a und auf der oberen Seite der durchbrochenen Linie 34 angeordnet.
  • Da bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 6 die Kühlkörper-Nut 16a verwendet wird, kann das Fett 14 in die Kühlkörper-Nut 16a wandern und dort akkumulieren. Somit ist es bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 6 möglich, ein Austreten des Fetts 14 zu verhindern, das auftritt, wenn das Leistungsmodul 20 vertikal gestellt wird. Dies ist insbesondere für das Fett 14 mit einer geringen Viskosität wirkungsvoll.
  • Ausführungsform 7
  • Bei den vorstehen beschriebenen Ausführungsform 5 und 6 sind solche Beispiele der Leistungs-Halbleitereinheit 40 beschrieben, bei denen das Leistungsmodul 20 unter Verwendung der Schraube 13 an einer Stelle in dem mittleren Bereich des Leistungsmoduls 20 an dem Kühlkörper 16 befestigt ist; die Anzahl von Befestigungsstellen für das Leistungsmodul 20 kann jedoch vergrößert werden.
  • Wenn eine Mehrzahl von Schrauben 13 vorhanden ist, ist es erwünscht, dass die Befestigungsstellen (die Verschraubungsbereiche) für die Schrauben 13 in einem solchen Zustand, dass die Positionen der Schrauben liniensymmetrisch zueinander sind, innerhalb einer Fläche um die Mitte des Leistungsmoduls 20 herum angeordnet sind, die gleich zwei Drittel der gesamten Fläche des Leistungsmoduls ist. Dies bewirkt, dass die freiliegende Oberfläche der Metallbasis 3 in dem Leistungsmodul 20 eben ist, so dass die Dicke des Fetts gleichmäßig ausgeführt werden kann.
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung, und 14 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Leistungs-Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung. 13 ist ein Beispiel für die Leistungs-Halbleitereinheit 40, bei der das Leistungsmodul 20 an zwei Stellen (an zwei Punkten) an dem Kühlkörper 16 verschraubt ist. 14 ist ein Beispiel für die Leistungs-Halbleitereinheit 40, bei der das Leistungsmodul 20 an vier Stellen (an vier Punkten) an dem Kühlkörper 16 verschraubt ist.
  • Wenn das Leistungsmodul 20 an zwei Punkten an dem Kühlkörper 16 verschraubt wird, wird die Befestigungskraft zur Befestigung der ebenen unteren Oberfläche der Metallbasis 3 in dem Leistungsmodul 20 und der ebenen oberen Oberfläche 32a des an der Basis abgestuften Teils 32 in dem Kühlkörper 16 aneinander erhöht. Somit ist es möglich, das Herauspump-Phänomen des Leistungsmoduls 20 stärker einzuschränken, um dadurch das Ausströmen des Fetts 14 in einer heiß-kalten Umgebung zu reduzieren, so dass es möglich ist, eine Verringerung des Wärmeabführungsvermögens des Leistungsmoduls 20 einzuschränken.
  • Wenn das Fett 14 des Weiteren eine hohe Viskosität aufweist und somit fest ist, wandert das Fett nicht leicht zwischen dem Verschraubungsbereich und der Endseite des Leistungsmoduls 20 (der Endseite des Moduls) und stagniert somit. So kann ein solcher Fall entstehen, bei dem sich das Leistungsmodul 20 an dem Verschraubungsbereich und an der Endseite des Moduls ausdehnt.
  • Bei der in 13 gezeigten Leistungs-Halbleitereinheit 40 sind das Leistungsmodul 20 und der Kühlkörper 16 an zwei Punkten miteinander verschraubt, so dass die Dicke des Fetts gleichmäßig ausgeführt werden kann. Es ist anzumerken, dass die Dicke des Fetts gleichmäßig ausgeführt werden kann, wenn das Leistungsmodul 20 und der Kühlkörper 16 an zwei oder mehr Punkten miteinander verschraubt sind.
  • Ferner kann das Leistungsmodul 20 wie bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß 14 an vier Punkten mit dem Kühlkörper 16 verschraubt sein. Es ist bekannt, dass die Breite des Anschlusses größer ausgeführt wird, wie durch den Anschluss 23c des Leiterrahmens 1 gezeigt, wenn der in dem Leistungsmodul 20 fließende Strom höher wird. Ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 weist das Leistungsmodul 20, das mit dem Leiterrahmen 1 angeordnet ist, der die Anschlüsse 23c mit einer großen Breite aufweist, auch die Rippen 2 auf, die jeweils an der unteren Oberfläche 10b der Harz-Verkapselung 7 und außerhalb der lateralen Oberfläche der Metallbasis 3 angeordnet sind und die so ausgebildet sind, dass sie aus der unteren Oberfläche 10b vorstehen, so dass dieses verkleinert werden kann, während die Isolierung zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 verbessert wird.
  • Wenn das Leistungsmodul 20 und der Kühlkörper 16 an vier Punkten miteinander verschraubt sind, ist es bei den Leistungs-Halbleitereinheiten 40 gemäß der Ausführungsformen 5 und 7 möglich, das Herauspump-Phänomen des Leistungsmoduls 20 in einer ähnlichen Weise und stärker einzuschränken, so dass dadurch das Ausströmen des Fetts 14 reduziert wird.
  • Da die Rippe 2 des Leistungsmoduls 20 als Träger dient, ist es bei den Leistungs-Halbleitereinheiten 40 gemäß der Ausführungsformen 5 und 7 möglich, das Verziehen oder Verwerfen des Moduls einzuschränken. Ferner ist das Leistungsmodul 20 in den Leistungs-Halbleitereinheiten 40 gemäß der Ausführungsformen 5 bis 7 so an dem Kühlkörper 16 befestigt, dass dessen Rippenbereich 11 die äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils 32 umgibt.
  • Somit wird das Herauspump-Phänomen des Leistungsmoduls 20 eingeschränkt, das in einer heiß-kalten Umgebung auftritt, so dass es möglich ist, das Ausströmen des Fetts 14 zu reduzieren, um dadurch eine Verringerung des Wärmeabführungsvermögens des Leistungsmoduls 20 einzuschränken.
  • Wie vorstehend beschrieben, weisen die Leistungs-Halbleitereinheiten 40 gemäß den Ausführungsformen 5 bis 7 jeweils das Leistungsmodul 20 und den Kühlkörper 16 auf, der durch das Fett 14 mit der Metallbasis 3 des Leistungsmoduls 20 verbunden ist. Das Leistungsmodul 20 weist Folgendes auf: die Leistungselemente 4; die Metallbasis 3, um Wärme von den Leistungselementen 4 abzuführen; den Leiterrahmen 1, der mit den Elektroden der Leistungselemente 4 elektrisch verbunden ist; sowie die Harz-Verkapselung 7, welche die Leistungselemente 4 so verkapselt, dass die eine Oberfläche der Metallbasis 3 und ein Teil des Leiterrahmens 1 von der Verkapselung freiliegen.
  • Die Harz-Verkapselung 7 des Leistungsmoduls 20 weist Folgendes auf: den Körperbereich 10, in dem die Leistungselemente 4 und ein Teil des Leiterrahmens 1 angeordnet sind und an dessen unterer Oberfläche 10b die eine Oberfläche der Metallbasis 3 freiliegt; sowie den Rippenbereich 11, der an der unteren Oberfläche 10b des Körperbereichs 10 so angeordnet ist, dass er die äußere Peripherie der Metallbasis 3 umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs 10 in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche 10b vorsteht.
  • Der Kühlkörper 16 der Leistungs-Halbleitereinheit 40 ist dadurch charakterisiert, dass er das Kühlkörperbasisteil 31 und das an der Basis abgestufte Teil 32 aufweist, das durch das Fett 14 mit der Metallbasis 3 verbunden ist, und dass das Leistungsmodul 20 so an dem Kühlkörper 16 befestigt ist, dass der Rippenbereich 11 die äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils 32 umgibt. Da das Leistungsmodul 20 so an dem Kühlkörper 16 befestigt ist, dass der Rippenbereich 11 die äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils umgibt, wird das Herauspump-Phänomen des Leistungsmoduls 20, das in einer heiß-kalten Umgebung auftritt, bei den Leistungs-Halbleitereinheiten 40 gemäß den Ausführungsformen 5 bis 7 eingeschränkt, so dass es möglich ist, das Ausströmen des Fetts 14 zu reduzieren, um dadurch eine Verringerung des Wärmeabführungsvermögens des Leistungsmoduls 20 einzuschränken.
  • Ausführungsform 8
  • 26 ist eine Ansicht von unten auf ein Leistungsmodul gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis angeordnet ist. Ein Leistungsmodul 20 gemäß 26 weist Harz-Teile 50 auf, die gebildet werden, indem die Anschlüsse 23a, 23b des Leiterrahmens 1, die jeweils von einem Rand der Harz-Verkapselung 7 freiliegen, teilweise mit einem Harz bedeckt werden. Aufgrund dieser Struktur ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 8 möglich, den Isolierungsabstand zwischen dem Leiterrahmen 1 und der Metallbasis 3 zu vergrößern, so dass eine Verkleinerung des Leistungsmoduls 20 ermöglicht wird.
  • Bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 8, die das Leistungsmodul 20 und den Kühlkörper 16 aufweist, der durch das Fett 14 mit der Metallbasis 3 des Leistungsmoduls 20 verbunden ist, kann das Herauspump-Phänomen des Leistungsmoduls 20 eingeschränkt werden, das in einer heiß-kalten Umgebung auftritt, da das Leistungsmodul 20 so an dem Kühlkörper 16 befestigt ist, dass der Rippenbereich 11 die äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils 32 umgibt, so dass es möglich ist, das Ausströmen des Fetts 14 zu reduzieren, um dadurch eine Verringerung des Wärmeabführungsvermögens des Leistungsmoduls 20 einzuschränken.
  • Ausführungsform 9
  • 27 ist eine Ansicht von unten auf ein Leistungsmodul gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung bei einer Betrachtung von einer Seite her, an der eine Metallbasis angeordnet ist. Ein Leistungsmodul 20 gemäß 27 weist eine Struktur auf, bei der in einem Bereich, in dem kein Anschluss 23 des Leiterrahmens von dem Rand der Harz-Verkapselung 7 freiliegt, keine Rippe 2 angeordnet ist.
  • In 27 ist ein solches Beispiel gezeigt, bei dem drei Rippen 2a, 2b, 2c ausgebildet sind und die jeweiligen Anschlüsse 23a, 23b, 23c an den Rändern der Harz-Verkapselung 7 freiliegen, wo diese Rippen 2a, 2b, 2c ausgebildet sind. Aufgrund dieser Struktur ist es bei dem Leistungsmodul 20 gemäß der Ausführungsform 9 möglich, die Menge an Harz für ein Teil zu verringern, das keinen Isolierungsabstand erfordert, um dadurch eine Kostenreduktion zu erzielen.
  • Bei der Leistungs-Halbleitereinheit 40 gemäß der Ausführungsform 9, die das Leistungsmodul 20 und den Kühlkörper 16 aufweist, der durch das Fett 14 mit der Metallbasis 3 des Leistungsmoduls 20 verbunden ist, wird das Herauspump-Phänomen des Leistungsmoduls 20 eingeschränkt, das in einer heiß-kalten Umgebung auftritt, da das Leistungsmodul 20 so an dem Kühlkörper 16 befestigt ist, dass der Rippenbereich 11 die äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils 32 umgibt, so dass es möglich ist, das Ausströmen des Fetts 14 zu reduzieren, um dadurch eine Verringerung des Wärmeabführungsvermögens des Leistungsmoduls 20 einzuschränken.
  • Es ist anzumerken, dass es sich bei den vorstehenden jeweiligen Ausführungsformen bei dem in dem Leistungsmodul 20 montierten Leistungselement 4, das als Schaltelement, wie beispielsweise ein IGBT, ein MOSFET oder dergleichen, oder als Gleichrichterelement dient, wie beispielweise eine SBD (Schottky-Barrieren-Diode), eine FwD oder dergleichen, um ein übliches Element handeln kann, dessen Basiselement ein Silicium-Wafer ist; hierfür kann jedoch auch ein sogenanntes Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke verwendet werden, das eine breitere Bandlücke als Silicium aufweist und durch Siliciumcarbid (SiC), ein Material auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) oder Diamant repräsentiert wird.
  • Wenn zum Beispiel Siliciumcarbid (SiC), ein Material auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) oder Diamant für das Leistungselement 4, das als Schaltelement dient, oder für das Leistungselement 4 verwendet wird, das als Gleichrichterelement dient, kann die Effizienz des Leistungsmoduls 20 verbessert werden, da der Leistungsverlust geringer als jener eines üblicherweise verwendeten Elements ist, das aus Silicium (Si) gebildet ist. Da ferner die Spannungsfestigkeit hoch ist und die zulässige Stromdichte ebenfalls hoch ist, kann das Leistungsmodul 20 verkleinert werden.
  • Da Halbleiterelemente mit einer breiten Bandlücke des Weiteren eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen, können sie bei einer hohen Temperatur betrieben werden. Dies ermöglicht eine Verkleinerung des Kühlkörpers 16 sowie eine Substitution der Wasserkühlungs-Einheit durch eine Luftkühlungs-Einheit, so dass die Leistungs-Halbleitereinheit 40, die mit dem Kühlkörper 16 versehen ist, weiter verkleinert werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass eine uneingeschränkte Kombination der jeweiligen Ausführungsformen und jede beliebige geeignete Modifikation sowie Weglassung bei den Ausführungsformen bei der vorliegenden Erfindung bis zu dem Ausmaß durchgeführt werden können, in dem kein Widerspruch hervorgerufen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leiterrahmen
    2, 2a, 2b, 2c, 2d
    Rippe
    3
    Metallbasis
    4
    Leistungselement
    7
    Harz-Verkapselung
    10
    Körperbereich
    10b
    untere Oberfläche
    11
    Rippenbereich
    13
    Schraube
    14
    Fett
    16
    Kühlkörper
    16a
    Kühlkörper-Nut
    18
    Loch
    20
    Leistungsmodul
    26
    Rippenbasisteil
    27
    vorstehendes Teil
    31
    Kühlkörperbasisteil
    32
    an der Basis abgestuftes Teil
    40
    Leistungs-Halbleitereinheit
    50
    Harz-Teil
    51
    Rahmen-Kontaktbereich
    51a
    obere Seite des Rahmen-Kontaktbereichs
    51b
    untere Seite des Rahmen-Kontaktbereichs
    60
    Zwischenproduktaufbau
    62
    Formkörper
    65a, 65b
    Anschlussöffnung
    66
    Metallbasis-Anordnungsteil
    67a, 67b
    Stiftöffnung
    69
    ein Rippenende bildendes Teil
    71
    Ausstoß-Stift
    101
    Vertiefung
    h1, h4, h6
    Rippenhöhe
    wb1, wb2
    Breite der Rippenbasis
    hm8
    Körperbereichshöhe auf der oberen Seite
    hm9
    Körperbereichshöhe auf der Rippenseite
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • WO 2015/145752 A1 [0005]
    • JP 2003031765 A [0005]

Claims (21)

  1. Leistungsmodul, das Folgendes aufweist: ein Leistungselement, eine Metallbasis, um Wärme von dem Leistungselement abzuführen, einen Leiterrahmen, der mit Elektroden des Leistungselements elektrisch verbun-den ist, sowie eine Harz-Verkapselung, die das Leistungselement so verkapselt, dass die eine Oberfläche der Metallbasis und ein Teil des Leiterrahmens von der Verkapselung freiliegen, wobei die Harz-Verkapselung Folgendes aufweist: - einen Körperbereich, in dem das Leistungselement und ein Teil des Leiterrahmens angeordnet sind und an dessen unterer Oberfläche die eine Oberfläche der Metallbasis freiliegt; und - einen Rippenbereich, der an der unteren Oberfläche des Körperbereichs so angeordnet ist, dass er eine äußere Peripherie der Metallbasis umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche vorsteht; wobei der Körperbereich eine in Bezug auf die freiliegende eine Oberfläche der Metallbasis als einer vertikalen Referenz nach oben konvexe Form aufweist.
  2. Leistungsmodul, das Folgendes aufweist: ein Leistungselement, eine Metallbasis, um Wärme von dem Leistungselement abzuführen, einen Leiterrahmen, der mit Elektroden des Leistungselements elektrisch verbunden ist, sowie eine Harz-Verkapselung, die das Leistungselement so verkapselt, dass die eine Oberfläche der Metallbasis und ein Teil des Leiterrahmens von der Verkapselung freiliegen, wobei die Harz-Verkapselung Folgendes aufweist: - einen Körperbereich, in dem das Leistungselement und ein Teil des Leiterrahmens angeordnet sind und an dessen unterer Oberfläche die eine Oberfläche der Metallbasis freiliegt; und - einen Rippenbereich, der an der unteren Oberfläche des Körperbereichs so angeordnet ist, dass er eine äußere Peripherie der Metallbasis umgibt, und der so ausgebildet ist, dass er aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche vorsteht; wobei in dem Rippenbereich eine Höhe des Rippenbereichs, das heißt, eine Höhe von der unteren Oberfläche des Körperbereichs zu einem Ende, das am weitesten von der unteren Oberfläche des Körperbereichs entfernt ist, größer als eine Verbindungsbreite in einem transversalen Querschnitt ist, mit welcher der Rippenbereich mit der unteren Oberfläche des Körperbereichs verbunden ist.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Rippenbereich dessen Form in einem transversalen Querschnitt, das heißt, einem Querschnitt senkrecht zu der unteren Oberfläche des Körperbereichs, eine sich verjüngende Form ist, bei der eine Verbindungsbreite, mit welcher der Rippenbereich mit der unteren Oberfläche des Körperbereichs verbunden ist, größer als eine Endbreite eines Endes ist, das aus der unteren Oberfläche hervorsteht.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rippenbereich ein Rippenbasisteil, das mit der unteren Oberfläche des Körperbereichs verbunden ist, und ein vorstehendes Teil aufweist, das an einem Ende des Rippenbasisteils angeordnet ist, das aus der unteren Oberfläche des Körperbereichs hervorsteht, und das so ausgebildet ist, dass es in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche des Körperbereichs vorsteht.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 4, wobei in dem Rippenbasisteil dessen Form in einem transversalen Querschnitt, das heißt, einem Querschnitt senkrecht zu der unteren Oberfläche des Körperbereichs, eine sich verjüngende Form ist, bei der eine Verbindungsbreite, mit der das Rippenbasisteil mit der unteren Oberfläche des Körperbereichs verbunden ist, größer als eine Breite eines Endes des Rippenbasisteils ist, das heißt, eines Endes, das aus der unteren Oberfläche hervorsteht; und wobei in dem vorstehenden Teil dessen Form in einem transversalen Querschnitt, das heißt, einem Querschnitt senkrecht zu der unteren Oberfläche des Körperbereichs, eine sich verjüngende Form ist, bei der eine Verbindungsbreite, mit der das vorstehende Teil mit dem Rippenbasisteil verbunden ist, größer als eine Breite eines Endes des vorstehenden Teils ist, das heißt, eines Ende, das aus dem Ende des Rippenbasisteil hervorsteht.
  6. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rippenbereich eine Mehrzahl von Rippen aufweist und wobei in Bezug auf zumindest eine der Rippen eine Rippenhöhe, das heißt, eine Höhe von der unteren Oberfläche des Körperbereichs zu einem Ende jener Rippe, die am weitesten von der unteren Oberfläche des Körperbereichs entfernt ist, kleiner als die Rippenhöhe in Bezug auf die andere der Rippen ist.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 6, wobei in der Rippe die Rippenhöhe größer als eine Verbindungsbreite in einem transversalen Querschnitt ist, mit der die Rippe mit der unteren Oberfläche des Körperbereichs verbunden ist.
  8. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die untere Oberfläche des Körperbereichs in der Harz-Verkapselung eine vierseitige Gestalt mit langen Seiten und kurzen Seiten bildet; - wobei der Rippenbereich eine Mehrzahl von Rippen aufweist; - wobei zwei der Mehrzahl von Rippen Rippen auf der langen Seite sind, die peripher an der unteren Oberfläche an den jeweiligen langen Seiten angeordnet sind; - wobei die anderen zwei der Mehrzahl von Rippen Rippen auf der kurzen Seite sind, die peripher an der unteren Oberfläche an den jeweiligen kurzen Seiten angeordnet sind; und - wobei eine Verbindungsbreite in einem transversalen Querschnitt der Rippe auf der langen Seite, mit der die Rippe auf der langen Seite mit der unteren Oberfläche des Körperbereichs verbunden ist, größer als eine Verbindungsbreite in einem transversalen Querschnitt der Rippe auf der kurzen Seite ist, mit der die Rippe auf der kurzen Seite mit der unteren Oberfläche des Körperbereichs verbunden ist.
  9. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Anschlüsse, die als der Teil des Leiterrahmens angeordnet sind, der von der Harz-Verkapselung freiliegt, jeweils teilweise mit einem Harz-Teil bedeckt sind.
  10. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Harz-Verkapselung den Rippenbereich an der unteren Oberfläche entsprechend einem Bereich aufweist, in dem der Teil des Leiterrahmens freiliegt.
  11. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Rippenbereich eine Vertiefung an seinem Ende aufweist, das aus der unteren Oberfläche hervorsteht.
  12. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in der Harz-Verkapselung eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche der Harz-Verkapselung, die zwischen einer unteren Seite eines Rahmen-Kontaktbereichs, die in einem Rahmen-Kontaktbereich, von dem der Leiterrahmen freigelegt wird, und auf einer Seite in Richtung zu der unteren Oberfläche angeordnet ist, und der freiliegenden Oberfläche der Metallbasis angeordnet ist, kleiner als eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche der Harz-Verkapselung ist, die zwischen einer oberen Seite eines Rahmen-Kontaktbereichs, die in dem Rahmen-Kontaktbereich auf einer Seite in Richtung zu einer oberen Oberfläche der Harz-Verkapselung angeordnet ist, die sich gegenüber von der unteren Oberfläche befindet, und der oberen Oberfläche angeordnet ist.
  13. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Leistungselement aus einem Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke gebildet ist.
  14. Leistungsmodul nach Anspruch 13, wobei das Halbleitermaterial mit einer breiten Bandlücke Siliciumcarbid, ein Material auf der Basis von Galliumnitrid oder Diamant ist.
  15. Leistungs-Halbleitereinheit, die das Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14 sowie einen Kühlkörper aufweist, der durch ein Fett mit der Metallbasis des Leistungsmoduls verbunden ist, - wobei der Kühlkörper ein Kühlkörperbasisteil und ein an der Basis abgestuftes Teil aufweist, das durch das Fett mit der Metallbasis verbunden ist, und - wobei das Leistungsmodul so an dem Kühlkörper befestigt ist, dass der Rippenbereich eine äußere Peripherie des an der Basis abgestuften Teils umgibt.
  16. Leistungs-Halbleitereinheit nach Anspruch 15, wobei das Leistungsmodul ein Durchgangsloch aufweist, das die Metallbasis von einer oberen Oberfläche aus durchdringt, die sich gegenüber von der unteren Oberfläche befindet, und wobei das Leistungsmodul mit Hilfe einer in das Durchgangsloch eingesetzten Schraube an dem an der Basis abgestuften Teil des Kühlkörpers befestigt ist.
  17. Leistungs-Halbleitereinheit nach Anspruch 15, wobei das Leistungsmodul ein Durchgangsloch aufweist, das die Metallbasis von einer oberen Oberfläche aus durchdringt, die sich gegenüber von der unteren Oberfläche befindet, - wobei der Kühlkörper eine Nut aufweist, in die der Rippenbereich des Leistungsmoduls einzusetzen ist, und - wobei der Rippenbereich des Leistungsmoduls in die Nut des Kühlkörpers eingesetzt ist und das Leistungsmodul mit Hilfe einer in das Durchgangsloch eingesetzten Schraube an dem Kühlkörper befestigt ist.
  18. Leistungs-Halbleitereinheit nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Durchgangsloch in dem Leistungsmodul singulär in dessen Mitte ausgebildet ist.
  19. Leistungsmodul-Herstellungsverfahren zur Herstellung des Leistungsmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: - einen Schritt, bei dem ein Zwischenproduktaufbau, der das Leistungselement, die Metallbasis und den Leiterrahmen aufweist, in einem Formkörper so angeordnet wird, dass sich die Metallbasis in Kontakt mit dem Metallbasis-Anordnungsteil befindet und ein Teil des Leiterrahmens von dem Formkörper freiliegt; und - einen Schritt, bei dem die Harz-Verkapselung durch Einspritzen eines Spritzgieß-Harzes in den Formkörper geformt wird.
  20. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls nach Anspruch 19, wobei in dem Formkörper eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche der Harz-Verkapselung, die zwischen dem Metallbasis-Anordnungsteil, mit dem die Metallbasis in Kontakt sein soll, und der einen Seite einer Öffnung angeordnet ist, die auf einer Seite in Richtung zu der Metallbasis in einer Öffnung des Formkörpers angeordnet ist, durch die hindurch der Leiterrahmen freigelegt werden soll, kleiner als eine Länge in einer Richtung senkrecht zu der unteren Oberfläche der Harz-Verkapselung ist, die zwischen einer inneren Oberfläche des Formkörpers, an der eine obere Oberfläche des Leistungsmoduls zu bilden ist, die sich gegenüber von der unteren Oberfläche befindet, und der einen Seite der Öffnung angeordnet ist.
  21. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls nach Anspruch 19 oder 20, wobei in einem ein Rippenende bildenden Teil des Formkörpers, an dem das Ende des Rippenbereichs zu bilden ist, das aus der unteren Oberfläche der Harz-Verkapselung hervorsteht, eine Mehrzahl von Stiftöffnungen gebildet wird, in die Stifte zum Ausstoßen der Harz-Verkapselung einzusetzen sind; - wobei der Schritt, bei dem die Harz-Verkapselung geformt wird, in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die Stiftöffnungen mit den Stiften verschlossen sind; und - wobei das Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls des Weiteren einen Schritt aufweist, bei dem Vertiefungen in dem Rippenbereich in einer solchen Weise gebildet werden, dass die Stifte zu dem Zeitpunkt eines Ausstoßens der Harz-Verkapselung aus dem Formkörper über die Stiftöffnungen hinaus bis zu einer Tiefe eingesetzt werden, die größer als eine Breite in einer Querrichtung des Endes des Rippenbereichs ist, so dass die Stifte den Rippenbereich der Harz-Verkapselung herausdrücken.
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