DE112018002403T5 - Leistungsmodul, elektroenergie-umwandlungseinrichtung, sowie verfahren zum herstellen eines leistungsmoduls - Google Patents

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Abstract

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Leistungsmodul anzugeben, bei welchem die Adhäsion eines Dichtungsharzes ausreichend ist, und das hoch zuverlässig ist. Das Leistungsmodul weist Folgendes auf: eine Isolierplatte (11), bei welcher ein Muster einer Leiterschicht (13) auf einer Keramikplatte ausgebildet ist; Leistungs-Halbleiterelemente (21, 22), die auf der Isolierplatte (11) platziert sind; Leiterrahmen (611a, 612a) jeweils in Plattenform, die eine Verbindung von Elektroden der Leistungs-Halbleiterelemente (21, 22) mit Schraubenbefestigungs-Anschlussbereichen (611, 612) herstellen; und einen Dichtungsharz-Bereich (7), der Verbindungsbereiche zwischen den Leistungs-Halbleiterelementen (21, 22) und den Leiterrahmen (611a, 612a) sowie Regionen um die Verbindungsbereiche herum abdichtet; wobei in den Leiterrahmen (611a, 612a) Öffnungsbereiche (611b, 612b) an Positionen ausgebildet sind, wo jeder der Leiterrahmen zumindest teilweise in der Draufsicht mit einem Bereich der Isolierplatte (11) überlappt, auf welchem die Leiterschicht (13) nicht ausgebildet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Leistungsmodul und eine Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung, die in sämtlichen Situationen von der Energieerzeugung und der Energieübertragung bis zur effizienten Verwendung und Rückgewinnung von Energie verwendet werden, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Leistungsmoduls.
  • Stand der Technik
  • Leistungsmodule sind gut zur Verwendung bei hoher Spannung und großem Strom geeignet. Sie verbreiten sich daher für diverse Produkte, von gewerblichen Vorrichtungen bis zu Heimelektronik und Informations-Endgeräten. Hinsichtlich der in der Heimelektronik zu installierenden Module müssen diese in jüngster Zeit eine hohe Produktivität und eine hohe Zuverlässigkeit haben, die es ihnen erlauben, bei einer breiten Vielfalt von Produkten verwendet zu werden, sowie kompakt und leichtgewichtig gemacht zu werden.
  • Zugleich müssen sie auch Packungskonfigurationen haben, die für SiC-Halbleiter verwendbar sind, für welche es in der Zukunft sehr wahrscheinlich ist, dass sie sich in der Breite etablieren, weil deren Betriebstemperatur hoch ist und sie hinsichtlich der Effizienz überlegen sind.
  • Da die Leistungsmodule sämtlich mit einer hohen Spannung und einem großen Strom verwendet werden und daher eine große Wärmemenge erzeugen, wird außerdem in vielen Fällen eine Keramikplatte, deren Wärmeleitfähigkeit überlegen ist, als deren Isolierplatte verwendet, um die Wärme effizient abzuleiten. Einhergehend mit der Zunahme der Dichte von Leistungs-Halbleiterelementen wird ferner ein solches Verfahren verwendet, bei welchem eine Elektrodenplatte (Leiterrahmen) direkt auf das Leistungs-Halbleiterelement gelötet wird, um eine Schaltung mit hoher Stromdichte auszubilden.
  • Ein Leistungsmodul der so ausgebildeten Konfiguration ist in vielen Fällen auf isolierte Weise mit einem Dichtungsharz verschlossen bzw. abgedichtet, das aus einem Epoxidharz gebildet ist. Da der Adhäsionsgrad des Dichtungsharzes zum Leistungsmodul jedoch allgemein niedrig ist, wird in manchen Fällen UV-Strahlung verwendet, um eine solche Situation zu verbessern. Da die Elektrodenplatte aus Cu dazu neigt, breiter zu werden, um mit dem Spannungsanstieg und der Stromzunahme des Leistungsmoduls zurechtzukommen, ist es in diesen Fällen schwierig, UV-Licht auf einen abgeschirmten Bereich zu strahlen, der von dieser Elektrodenplatte gebildet wird (hauptsächlich durch einen Wurzelbereich der Cu-Elektrodenplatte im Gehäuse), so dass Bedenken bestehen, dass die Produktivität beeinträchtigt wird, falls die UV-Bestrahlungszeit erhöht wird, oder dass die Zuverlässigkeit infolge unzureichender Adhäsion des Dichtungsharzes beeinträchtigt wird. In Anbetracht dessen wird in Patentdokument 1 das Ausbilden eines Öffnungsbereichs in der Elektrodenplatte vorgeschlagen.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift ^ JP 2015-046 416 A (Abs. [0100] bis [0109]; 17, 18)
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • In dem Patentdokument 1 ist es jedoch dessen Aufgabe, die Adhäsionskraft des Dichtungsharzes zu verbessern, indem dessen Klebeeigenschaften an der Vorderseite und der Rückseite der Elektrodenplatte verbessert werden, und folglich ergibt sich das Problem, dass die Adhäsion des Dichtungsharzes insbesondere zu der Keramik der Keramikplatte unzureichend ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Es ist ihre Aufgabe, ein Leistungsmodul und eine Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung anzugeben, bei welchen die Adhäsion des Dichtungsharzes ausreichend ist, und die hoch zuverlässig sind, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls anzugeben.
  • Wege zum Lösen der Probleme
  • Ein Leistungsmodul, das in dieser Anmeldung angegeben wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes aufweist: eine Isolierplatte, bei welcher Muster von Leiterschichten auf beiden Seiten einer Keramikplatte gebildet sind; ein Halbleiterelement, das auf der Isolierplatte platziert ist; eine Elektrodenplatte in Plattenform, die eine Verbindung von einer Elektrode des Halbleiterelements nach der Außenseite herstellt; und einen Dichtungsharz-Bereich, der einen Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterelement und der Elektrodenplatte sowie eine Region um den Verbindungsbereich herum abdichtet; wobei ein Öffnungsbereich in der Elektrodenplatte an einer Position gebildet ist, wo der Öffnungsbereich zumindest teilweise in der Draufsicht mit einem Bereich der Isolierplatte überlappt, wo die Leiterschicht nicht ausgebildet ist.
  • Außerdem ist ein Leistungsmodul, das in dieser Anmeldung angegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes aufweist: eine Isolierplatte, bei welcher Muster von Leiterschichten auf beiden Seiten einer Keramikplatte gebildet sind; ein Halbleiterelement, das auf der Isolierplatte platziert ist; eine Elektrodenplatte in Plattenform, die eine Verbindung von einer Elektrode des Halbleiterelements nach außerhalb davon herstellt; und einen Dichtungsharz-Bereich, der einen Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterelement und der Elektrodenplatte sowie eine Region um den Verbindungsbereich herum abdichtet; wobei ein gebogener Bereich in der Elektrodenplatte an einer Position gebildet ist, wo der gebogene Bereich zumindest teilweise in der Draufsicht mit einem Bereich der Isolierplatte überlappt, wo die Leiterschicht nicht ausgebildet ist; wobei der gebogene Bereich unter einem spezifischen Winkel bezogen auf die Ausbildungsrichtung der Elektrodenplatte gebogen ist, und zwar in einer Richtung senkrecht zur Isolierplatte.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls, das in dieser Anmeldung angegeben wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass es Folgendes aufweist: einen Schritt zum Bonden eines Halbleiterelements auf eine Isolierplatte, bei welcher Muster von Leiterschichten auf beiden Seiten einer Keramikplatte gebildet werden; einen Schritt zum Zusammenbonden einer Elektrode des Halbleiterelements und einer Elektrodenplatte in einer Plattenform, wobei die Elektrodenplatte einen Öffnungsbereich hat, der an einer Position ausgebildet ist, wo der Öffnungsbereich zumindest teilweise in der Draufsicht einen Bereich der Isolierplatte überlappt, wo die Leiterschicht nicht ausgebildet ist; und einen Schritt zum Gießen eines Dichtungsharzes auf einen Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterelement und der Elektrodenplatte sowie eine Region um den Verbindungsbereich herum, und zwar in einem Zustand, in welchem die Oberfläche einer Fläche der Isolierplatte, die von deren Fläche verschieden ist, wo die Leiterschicht ausgebildet ist, mit UV-Licht-Bestrahlung beaufschlagt wird, so dass dadurch der Verbindungsbereich und die Region abgedichtet werden.
  • Wirkung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Anmeldung ist der Öffnungsbereich, der eine spezifizierte Größe hat, an einer Position ausgebildet, wo die Elektrodenplatte die Isolierplatte überlappt, so dass es möglich ist, UV-Licht durch den Öffnungsbereich auch auf einen Keramikbereich der Isolierplatte zu strahlen, der auf der Rückseite des Leiterrahmens platziert ist, so dass dadurch die Adhäsionskraft des Dichtungsharzes an die Keramik verbessert ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 2 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration des Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht des Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1.
    • 4 ist eine teilweise Draufsicht, die eine andere Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 5 sind Schnittansichten, die Herstellungsschritte eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 zeigen.
    • 6 ist ein Diagramm, das das Verhältnis einer Adhäsionskraft bezogen auf einen Öffnungsbereich eines herkömmlichen Leistungsmoduls zeigt
    • 7 ist ein Diagramm, das das Verhältnis der Adhäsionskraft bezogen auf einen Öffnungsbereich des Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 8 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Öffnungsbereichs des Leistungsmoduls und der Adhäsionskraft zeigt, gemäß Ausführungsform 1.
    • 9 ist eine Schnittansicht, die eine andere Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
    • 10 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
    • 11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil des Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
    • 12 ist eine Schnittansicht, die den Hauptteil des Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
    • 13 ist eine Draufsicht, die eine weitere Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
    • 14 ist eine Schnittansicht, die die weitere Konfiguration des Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
    • 15 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil einer weiteren Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
    • 16 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil einer weiteren Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
    • 17 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
    • 18 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil des Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
    • 19 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Energie-Umwandlungssystems zeigt, auf welches eine Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4 angewendet wird.
  • Wege zum Ausführen der Erfindung
  • Ausführungsform 1
  • 1 bis 3 sind Diagramme, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls 101 gemäß Ausführungsform 1 zeigen. 1 ist eine Draufsicht, 2 ist eine Schnittansicht bei Betrachtung in Richtung der Pfeile entlang der Linie A-A' in 1, und 3 ist eine perspektivische Ansicht (ohne das Dichtungsharz). Wie in 1 bis 3 gezeigt, ist das Leistungsmodul 101 mit Folgendem konfiguriert: einer Isolierplatte 11; Leistungs-Halbleiterelementen 21 und 22, die auf der Isolierplatte 11 platziert sind; einem Leiterrahmen 611a als einem Hauptanschluss, der elektrisch mit Elektroden der Leistungs-Halbleiterelemente 21, 22 verbunden ist; Leiterrahmen 62 als Signalanschlüssen, die elektrisch durch Drähte 4 mit dem Leistungs-Halbleiterelement 22 verbunden sind; und einem Dichtungsharz-Bereich 7, der diese Leistungs-Halbleiterelemente 21 bzw. 22 und Regionen um Bereiche herum abdichtet, wo sie verbunden sind.
  • Als Isolierplatte 11 wird eine Aluminiumnitridplatte (AlN) (beispielsweise 40 mm x 25 mm (Außenmaß) x 0,6 mm (Dicke)) verwendet, die eine Keramikplatte ist. Auf der hinteren Fläche der Isolierplatte 11 ist eine Leiterschicht 12 aus Cu (beispielsweise mit einer Musterdicke von 0,4 mm) als eine rückseitige Elektrode ausgebildet. Auf der vorderen Fläche der Isolierplatte 11 ist eine Leiterschicht 13 aus Cu (beispielsweise mit einer Musterdicke von 0,4 mm) ausgebildet, und die Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 sind auf der Leiterschicht 13 platziert.
  • Es sei angemerkt, dass die Isolierplatte 11 nicht auf eine AlN-Platte beschränkt ist, solange die Isolierung dadurch gewährleistet werden kann und eine mit Lot benetzbare Leiterschicht, wie z. B. Cu darauf ausgebildet werden kann, so dass als Keramikplatte auch ein Isolierplatten-Basiselement aus z. B. Aluminiumoxid (Al2O3), Siliciumcarbid (SiC), Siliciumnitrid (Si3n4) oder dergleichen verwendet werden kann.
  • Außerdem braucht die Leiterschicht 12 bloß mit Lot benetzbar zu sein, und es ist ausreichend, dass deren äußerste Fläche Metall ist, das nicht auf Cu beschränkt ist und Sn, Au, Ag oder dergleichen sein kann. Außerdem brauchen eine Vorderflächenelektrode und eine Rückflächenelektrode von jedem der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 bloß ein mit Lot benetzbares Metall zu sein, und es ist ausreichend, dass deren äußerste Fläche Sn, Au, Ag oder dergleichen ist.
  • Als Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 werden jeweils eine Diode (beispielsweise 15 mm x 15 mm (Außenmaß) x 0,3 mm (Dicke)) und ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate, z. B. 15 mm x 15 mm (Außenmaß) x 0,3 mm (Dicke)) aus Si verwendet, und sie werden adhäsiv auf der Leiterschicht 13 befestigt, und zwar durch Die-Bonden unter Verwendung eines Lots (nicht dargestellt). In einem anderen Fall kann ein Leistungshalbleiter, wie z. B. ein IC (integrierte Schaltung) oder ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) verwendet werden.
  • Außerdem ist eine Modulkonfiguration von 1-in-1 hier vorgesehen, wobei ein Paar aus Diode und IGBT ausgebildet ist; es kann jedoch stattdessen auch eine Modulkonfiguration von 2-in-1 vorgesehen werden, wobei zwei Paare ausgebildet sind, oder 6-in-1, wobei sechs Paare ausgebildet sind.
  • Der Leiterrahmen 611a weist eine Elektrodenplatte aus Cu (beispielsweise mit einer Dicke von 0,6 mm) auf und ist adhäsiv an Hauptschaltungselektroden 211, 221 als Vorderflächenelektroden fixiert, die auf den vorderen Flächen der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 ausgebildet sind, und zwar jeweils mittels Lot-Bondbereichen 30, 31, so dass der Leiterrahmen elektrisch mit den jeweiligen Source-Elektroden verbunden ist. An einem der Endbereiche des Leiterrahmens 611a ist ein Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 611 ausgebildet, der an einem Gehäuse 51 fixiert ist, und zwar als ein Hauptanschluss (beispielsweise mit einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,6 mm).
  • Es sei angemerkt, dass ein Lot verwendet wird, um die Verbindungen zwischen dem Leistungs-Halbleiterelement 21 bzw. 22 und der Isolierplatte 11 sowie die Verbindungen zwischen dem Leiterrahmen 611a und den Leistungs-Halbleiterelementen 21 und 22 herzustellen; es kann stattdessen jedoch auch ein elektrisch leitender Klebstoff verwendet werden, in welchem Ag-Füllstoffe in einem Epoxidharz dispergiert sind, oder ein Ag-Nanopulver oder Cu-Nanopulver, deren Nanopartikel bei einer niedrigen Temperatur fixiert werden sollen, oder dergleichen.
  • Die Leiterrahmen 62 weisen jeweils eine Elektrodenplatte aus Cu auf, und sie werden mittels Drähten 4 (ϕ 0,15 mm) aus Al an Steuerelektroden 222 als Vorderflächenelektroden drahtgebondet, die auf der vorderen Fläche des Leistungs-Halbleiterelements 22 ausgebildet sind, d. h. des IGBTs, so dass die Leiterrahmen elektrisch mit einer Gate-Elektrode, einer Temperatursensor-Elektrode und dergleichen verbunden sind. Die Leiterrahmen 62 werden an das Gehäuse 51 als Signalanschlüsse fixiert.
  • Es sei angemerkt, dass der Draht aus Al hier zum Drahtbonden verwendet wird; es kann stattdessen jedoch auch ein Draht aus Cu, ein Al-beschichteter Cu-Draht oder ein Au-Draht verwendet werden. Außerdem kann stattdessen ein Bondband, eine Sammelschiene als eine ultraschallgebondete Metallplatte oder dergleichen verwendet werden. Außerdem ist es auch zulässig, dass der Leiterrahmen 62 aus Al hergestellt ist und eine Metallisierung darauf durch Cu-Plattieren oder dergleichen aufgebracht ist.
  • Das Gehäuse 51 (beispielsweise 48 mm x 28 mm (Außenmaß) x 12 mm (Höhe)) ist aus einem PPS-Harz (Polyphenylensulfid) hergestellt und in einer Rahmenform ausgebildet.
  • Die Isolierplatte 11 ist adhäsiv an der Unterseite des Gehäuses 51 fixiert, indem ein Klebstoff 8 (hergestellt aus Silikon) verwendet wird, so dass die Leiterschicht 12 nach außen freiliegt.
  • Zusammen mit dem Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 611 ist ein Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 612 als der andere Hauptanschluss an dem Gehäuse 51 fixiert. Ein Leiterrahmen 612a ist mittels Ulraschall direkt an die Leiterschicht 13 auf der Isolierplatte 11 gebondet, so dass der Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 612 elektrisch durch die jeweiligen Rückflächenelektroden (nicht dargestellt) der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 mit deren jeweiligen Drain-Elektroden verbunden ist. Der Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 611, 612 kann einer Cu-Plattierung oder einer Ni-Plattierung unterzogen sein, falls nötig. Es sei angemerkt, dass - obwohl ein PPS-Harz als das Material für das Gehäuse 51 verwendet wird - stattdessen ein LCP (Flüssigkristall-Polymer) verwendet werden kann.
  • In den Wurzelbereichen des Leiterrahmens 611a und des Leiterrahmens 612a, die vom Gehäuse 51 nahe den Schraubenbefestigungs-Anschlussbereichen 611, 612 aus vorstehen, sind kreisförmige Öffnungsbereiche 611b, 612b ausgebildet, die jeweils einen Durchmesser von 2 mm haben, und die Öffnungsbereiche 611b, 612b sind so ausgebildet, dass - in der Draufsicht - ein Keramikbereich 11a der Isolierplatte 11, wo keine Leiterschicht ausgebildet ist, mit diesen überlappt. Sie sind so ausgebildet, dass der Keramikbereich freiliegt (sichtbar ist).
  • Zu der Zeit, wenn die Oberfläche, welche in Kontakt mit dem Dichtungsharz kommen soll, der Oberflächen-Modifikation durch UV-Behandlung unterzogen wird, vor der Ausbildung des Dichtungsharz-Bereichs 7, wird es dadurch, dass die Öffnungsbereiche 611b, 612b ausgebildet sind, ermöglicht, dass UV-Licht auch auf den Keramikbereich der Isolierplatte 11 gestrahlt wird, der auf der Rückseite der Wurzelbereiche des Leiterrahmens 611a und des Leiterrahmen 612a platziert ist, und zwar durch die Öffnungsbereiche 611b, 612b. Demzufolge ist es möglich, die Adhäsionskraft des Dichtungsharzes an die Keramik zu verbessern.
  • Es sei angemerkt, dass bei der Ausführungsform 1 die Öffnungsbereiche 611b, 612b als kreisförmig beschrieben sind. Dies ist jedoch nicht einschränkend. Die Öffnungsbereiche können z. B. auch elliptisch oder oval sein, mit Flächen äquivalent zu den Öffnungsbereichen 611b, 612b, und mit Langachsen in der Richtung, in welchen der Leiterrahmen 611a und der Leiterrahmen 612a ausgebildet sind. Auch wenn der Öffnungsbereich quadratisch mit abgerundeten Ecken ist, wird eine Wirkung ähnlich der obigen erzielt. 4 zeigt den Leiterrahmen 611a und den Leiterrahmen 612a mit elliptischen Öffnungsbereichen 611c, 612c in den Wurzelbereichen.
  • Wenn die elliptischen Öffnungsbereiche 611c, 612c ausgebildet werden, die in der Längsrichtung der Rahmen lang sind, wird es auch möglich, jeden der Öffnungsbereiche zu vergrößern, ohne dass die Querschnittsfläche des Rahmens über die Richtung des Flusses eines großen Stroms hinweg zu verringern.
  • Der Dichtungsharz-Bereich 7 wird mittels eines Vergussharzes ausgebildet und dichtet auf isolierende Weise Folgendes ab: die Vorderfläche der Isolierplatte 11; die Leiterschicht 13; die Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22; die Leiterrahmen 611a, 612a; die Leiterrahmen 62; die Drähte 4; und die Lot-Bondbereiche 30, 31. Als Vergussharz wird ein solches Material verwendet, bei welchem Füllstoffe aus Siliciumdioxid in einem Epoxidharz dispergiert sind. Die Füllstoffe sind nicht auf solche aus Siliciumdioxid beschränkt, und es können auch Aluminiumoxid, BN oder dergleichen dafür verwendet werden.
  • Das Leistungsmodul 101 erzeugt eine große Wärmemenge, da darin ein großer Strom fließt, so dass - zu dem Zweck, die Wärme effizient abzuleiten - die Keramikplatte aus AIN, deren Wärmeleitfähigkeit überlegen ist - als Isolierplatte 11 verwendet wird. Außerdem ist eine Konfiguration vorgesehen, bei welcher der Leiterrahmen 611a aus Cu direkt auf die Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 gelötet ist.
  • Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Leiterrahmens 611a aus Cu beträgt 17 ppm/K, wohingegen der thermische Ausdehnungskoeffizient von jedem der Leistungs-Halbleiterelemente 21 bzw. 22, die daran gebondet werden sollen, 3 bis 3,5 ppm/K beträgt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolierplatte 11, die aus AIN hergestellt ist, auf welchen die Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 montiert sind, beträgt - zusammen mit den Leiterschichten 12, 13 auf deren beiden Seiten - insgesamt ungefähr 10 ppm/K.
  • Obwohl ein Material, in welchem Füllstoffe aus Siliciumdioxid oder dergleichen in einem Epoxidharz dispergiert sind, verwendet wird, gilt hinsichtlich des Dichtungsharz-Bereiches 7 in vielen Fällen, dass der Ausdehnungskoeffizient nach dem Aushärten auf einen Wert zwischen demjenigen von Cu des Leiterrahmens 611a und demjenigen der Isolierplatte 11 in vielen Fällen angepasst ist. Wegen der thermischen Belastungen infolge einer solchen Differenz der Ausdehnungskoeffizienten ist es wahrscheinlich, dass ein Ablösen oder dergleichen an einem peripheren Bereich davon bei einem Temperaturzyklus auftritt.
  • Unter jenem peripheren Bereich gibt es jedoch einen Keramikbereich, der ein Bereich der Isolierplatte ist, wo keine Leiterschicht ausgebildet ist, und der Keramikbereich ist in Kontakt mit dem Epoxidharz. Die Adhäsion zwischen dem Epoxidharz und der Keramik ist allgemein niedrig, so dass es, wenn es eine Differenz der Ausdehnungskoeffizienten zwischen diesen gibt, insbesondere wichtig ist, dass die Adhäsionskraft erhöht wird, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
  • Aus diesem Grund wird die Adhäsion durch UV-Bestrahlung vor der Injektion des Dichtungsharzes verbessert. Da jedoch die Leiterrahmen 611a, 612a dazu neigen, breiter zu werden, um mit dem Anstieg der Spannung und der Zunahme des Stroms des Leistungsmoduls umzugehen, ist es schwierig, UV-Licht auf abgeschirmte Bereiche zu strahlen, die von diesen Rahmen gebildet werden (hauptsächlich durch die Wurzelbereiche 611ac, 612ac der Leiterrahmen 611a, 612a im Gehäuse), so dass Bedenken bestehen, dass die Produktivität beeinträchtigt wird, falls die UV-Bestrahlungszeit erhöht wird, oder dass die Zuverlässigkeit infolge unzureichender Adhäsion des Dichtungsharzes beeinträchtigt wird.
  • Die vorliegende Anmeldung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Öffnungsbereich im Leiterrahmen ausgebildet ist, und zwar an einer Position, wo die Elektrodenplatte die Isolierplatte überlappt, und im Bereich um ein Zentrum in Breitenrichtung nahe der Wurzel des Leiterrahmens im Gehäuse, so dass dadurch die Abschirmung des UV-Lichts unterbunden wird und demzufolge die Adhäsion des Dichtungsharzes an die Keramik unterhalb des Leiterrahmens verbessert wird.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls 101 gemäß Ausführungsform 1 auf der Basis von 5 beschrieben. 5 sind Schnittansichten, die Herstellungsschritte eines Leistungsmoduls 101 gemäß Ausführungsform 1 zeigen.
  • Wie in 5(a) gezeigt, wird zunächst auf die Leiterschicht 13, die auf der Vorderfläche der Isolierplatte 11 platziert ist, in welcher die Leiterschichten 12, 13 auf deren beiden Seiten ausgebildet sind, das Leistungs-Halbleiterelement 21, das eine Diode ist, und das Leistungs-Halbleiterelement 22, das ein IGBT ist, adhäsiv durch Die-Bonden unter Verwendung eines (nicht dargestellten) Lots fixiert, so dass dadurch elektrisch diese Leiterschicht mit den jeweiligen (nicht dargestellten) Rückflächenelektroden der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 verbunden werden.
  • Auf der Vorderfläche des Leistungs-Halbleiterelements 21 wird die Hauptschaltungselektrode 211 ausgebildet; auf der Vorderfläche des Leistungs-Halbleiterelements 22 werden die Hauptschaltungselektrode 221 und die Steuerelektroden 222 ausgebildet; und auf deren jeweiligen Rückflächen werden die Rückflächenelektroden ausgebildet.
  • Wie in 5 (b) gezeigt, wird anschließend die Isolierplatte 11 adhäsiv auf der Unterseite des rahmenförmigen Gehäuses 51 fixiert, und zwar unter Verwendung des Klebstoffs 8 (aus Silikon hergestellt), so dass die Leiterschicht 12 nach außerhalb freiliegt. Wenn der Klebstoff 8 in einen Spalt zwischen der Isolierplatte 11 und dem Gehäuse 51 eingefüllt wird, ist es auch möglich, zu verhindern, dass das Vergussharz entweicht, das in das Gehäuse 51 in einem späteren Schritt (5(e)) eingefüllt wird.
  • Im Gehäuse 51 wird der Leiterrahmen 611a vorab durch Insert-Formen angeordnet, und zwar auf der Oberseite im Gehäuserahmen, so dass der Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 611 als dessen Endbereich an der Oberseite des Gehäuses 51 fixiert ist. Außerdem wird an der Oberseite des Gehäuses 51 zusammen mit dem Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 611 der Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 612 (siehe 1) als der andere Hauptanschluss vorab durch Insert-Formen fixiert.
  • Außerdem werden mit der Oberseite des Gehäuses 51 die Leiterrahmen 62 vorab durch Inser-Formen fixiert. Da die Isolierplatte 11 an der Unterseite des Gehäuses 51 fixiert ist, werden die Leiterrahmen 62 an Positionen platziert, die mit den Steuerelektroden 222 auf der Vorderfläche des Leistungs-Halbleiterelements 22 zusammenpassen.
  • Wie in 5 (c) gezeigt, wird dann unter Verwendung von Lot der Leiterrahmen 611a adhäsiv an den jeweiligen Hauptschaltungselektroden 211, 221 der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 fixiert, so dass die Lot-Bondbereiche 30, 31 ausgebildet werden. Dadurch wird dafür gesorgt, dass der Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 611 des Leiterrahmens 611a elektrisch mit den jeweiligen Source-Elektroden durch die jeweiligen Hauptschaltungselektroden 211, 221 der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 hindurch verbunden werden.
  • Der Leiterrahmen 612a wird mittels Ultraschall direkt an die Leiterschicht 13 auf der Isolierplatte 11 gebondet, so dass der Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich 612 elektrisch durch die jeweiligen Rückflächenelektroden der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 hindurch mit den jeweiligen Drain-Elektroden verbunden wird. Auf diese Weise werden die Elektroden, wie z. B. die jeweiligen Source-Elektroden und die jeweiligen Drain-Elektroden der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 und dergleichen, durch welche hindurch der große Strom fließen wird, mit den Schraubenbefestigungsbereichen 611, 612 als die Hauptanschlüsse verbunden.
  • In den Wurzelbereichen, die vom Gehäuse 51 nahe den Schraubenbefestigungs-Anschlussbereichen 611, 612 aus vorstehen, und an Positionen, wo der Leiterrahmen 611a und der Leiterrahmen 612a mit der Isolierplatte 11 überlappen, werden die kreisförmigen Öffnungsbereiche 611b, 612b ausgebildet, die jeweils einen Durchmesser von 2 mm haben, und die Öffnungsbereiche 611b, 612b werden so ausgebildet, dass der Keramikbereich der Isolierplatte 11 freiliegt (sichtbar ist).
  • Die Leiterrahmen 62 werden mittels der Drähte 4 aus Al an die Steuerelektroden 222 auf der Vorderfläche des Leistungs-Halbleiterelements 22 drahtgebondet.
  • Dies bewirkt, dass die Leiterrahmen 62 elektrisch verbunden werden, und zwar als Signalanschlüsse an die Gate-Elektrode, die Temperatursensor-Elektrode und dergleichen, durch die Steuerelektroden 222 des Leistungs-Halbleiterelements 22 als ein IGBT.
  • Wie in 5 (d) gezeigt, wird anschließend UV-Strahlung auf die Fläche aufgebracht, die in Kontakt mit dem Dichtungsharz kommen soll, wenn das Dichtungsharz in das Gehäuse 51 injiziert wird. Bei dieser Gelegenheit gilt Folgendes: Da die Öffnungsbereiche 611b, 612b ausgebildet werden, ist es möglich, UV-Licht durch die Öffnungsbereiche 611b, 612b zu strahlen, und zwar auch auf den Keramikbereich der Isolierplatte 11, der auf der Rückseite der Wurzelbereiche platziert ist, an den Positionen, wo der Leiterrahmen 611a und der Leiterrahmen 612a die Isolierplatte 11 überlappen. Dies ermöglicht es, die Adhäsionskraft des Dichtungsharzes an die Keramik zu verbessern.
  • Wie in 5 (e) gezeigt, wird in einem Anregungszustand, in welchem die Fläche der Keramikplatte durch UV-Strahlung aktiviert ist und bevor eine UV-Bestrahlungsmarke (Farbänderung durch Bestrahlung) auf der Keramikplatte verschwindet, das Dichtungsharz zum direkten Vergießen in einem Zustand eingefüllt, in welchem es auf 60 °C erwärmt ist, welches dann im Vakuum entschäumt wird und erwärmt wird (100 °C, 1,5 Stunden → 140 °C, 1,5 Stunden), so dass es ausgehärtet wird und den Dichtungsharz-Bereich 7 bildet, und dann ist das Leistungsmodul 101 fertiggestellt.
  • In 6 sind ein herkömmlicher Leiterrahmen 611a, in welchem kein Öffnungsbereich ausgebildet ist, Positionen in der Isolierplatte 11 und tatsächlich gemessene Werte der Adhäsionskraft gezeigt. Wie in 6 gezeigt, wird an einer Position nahe dem Ende des Bereichs, der von dem Leiterrahmen 611a abgeschirmt ist, die Adhäsion nicht so stark beeinflusst, da das UV-Licht dort eingedrungen ist; wenn jedoch ein Spalt G zwischen dem Leiterrahmen 611a und der Isolierplatte 11 einen Wert von 2 mm hat, dann ist die Adhäsion auf ungefähr 50 % am Bereich S1 abgesunken, der um 2 mm in Richtung des Zentrums des Leiterrahmens von dessen Ende verschoben ist. Außerdem wird nahezu keine Adhäsion in einem Bereich erzielt, der um 5 mm oder mehr verschoben ist.
  • Zum Vergleich sind in 7 der Leiterrahmen 611a gemäß Ausführungsform 1, bei welchem der Öffnungsbereich ausgebildet ist, Positionen in der Isolierplatte 11 und tatsächlich gemessene Werte der Adhäsionskraft gezeigt. Wie in 7 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn der Öffnungsbereich mit einem Durchmesser von 2 mm an einer Position ausgebildet wurde, die 10 mm vom Ende beabstandet war, betrug der Durchschnittswert der Adhäsionskraft unterhalb des Öffnungsbereichs ungefähr 80 %. Außerdem wurde herausgefunden, dass als Durchschnittswert der Adhäsionskräfte ungefähr 80 % ebenfalls gewährleistet sind, und zwar in einem Bereich, der um 5 mm vom Ende verschoben ist.
  • Dies zeigt klar an, dass der Öffnungsbereich die Abschirmung von UV-Licht unterbindet. Gemäß den obigen Ergebnissen wird angedacht, dass dann, wenn der Leiterrahmen 611a eine Breite hat, die gleich groß wie oder größer ist als das Doppelte des Spalts zwischen dem Leiterrahmen und der Isolierplatte 11, der Öffnungsbereich insbesondere die Unterbindungswirkung der UV-Abschirmung zeigt.
  • In 8 sind die Durchmesser des Öffnungsbereichs, der im Leiterrahmen 611a ausgebildet ist, und tatsächlich gemessene Werte der Adhäsionskraft unterhalb des Öffnungsbereichs gezeigt. Hier ist die Dicke des Leiterrahmens mit 1 mm vorgegeben. Wie in 8 gezeigt, wurde herausgefunden, dass - bis der Durchmesser des Öffnungsbereichs 150 % relativ zu der Dicke 1 mm des Leiterrahmens annimmt - die Adhäsionskraft nahezu nicht verbessert ist; bei den Durchmessern, die nicht weniger als 160 % betragen, nimmt jedoch die Adhäsionskraft allmählich zu, und wenn der Durchmesser des Öffnungsbereichs 250 % annimmt, wird die Adhäsionskraft bis auf ein Niveau verbessert, das sich nicht sehr von demjenigen des freiliegenden Bereichs unterscheidet. Demzufolge beträgt der Durchmesser des Öffnungsbereichs vorzugsweise nicht weniger als 160 %, aber auch nicht mehr als 250 % relativ zur Dicke des Leiterrahmens.
  • Wie oben beschrieben, weist das Leistungsmodul 101 gemäß Ausführungsform 1 Folgendes auf: die Isolierplatte 11 bei welcher ein Muster der Leiterschicht 13 auf einer Keramikplatte ausgebildet ist; die Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22, die auf der Isolierplatte 11 platziert sind; die plattenartigen Leiterrahmen 611a, 612a, die eine Verbindung von den Elektroden der Leistungs-Halbleiterelemente 21 und 22 zu den Schraubenbefestigungs-Anschlussbereichen 611, 612 herstellen; und den Dichtungsharz-Bereich 7, der die Verbindungsbereiche zwischen den Halbleiterelementen 21 und 22 und den Leiterrahmen 611a, 612a sowie Regionen um die Verbindungsbereiche herum abschirmt; wobei in den Leiterrahmen 611a, 612a, die Öffnungsbereiche 611b, 612b jeweils an einer Position ausgebildet sind, wo der Öffnungsbereich zumindest teilweise in der Draufsicht mit einem Bereich der Isolierplatte 11 überlappt, wo die Leiterschicht 13 nicht ausgebildet ist.
  • Demzufolge ist es möglich, UV-Licht durch die Öffnungsbereiche auch auf den Keramikbereich der Isolierplatte zu strahlen, die auf der Rückseite der Leiterrahmen platziert ist, so dass dadurch die Adhäsionskraft des Dichtungsharzes auf die Keramik verbessert wird.
  • Es sei angemerkt, dass bei der Ausbildung des Dichtungsharz-Bereiches der Dichtungsharz-Bereich 7 unter Verwendung eines Vergussharzes ausgebildet wird; dies ist jedoch nicht einschränkend. Wie in 9 gezeigt, kann ein Dichtungsharz-Bereich 74 auch durch Dichtungsverarbeitung gemäß einem Transferformungsverfahrens unter Verwendung eines Formharzes ausgebildet werden.
  • Ausführungsform 2
  • Bei der Ausführungsform 1 sind die Öffnungsbereiche in den Wurzelbereichen der Leiterrahmen 611a, 612a ausgebildet. In Ausführungsform 2 wird der Fall beschrieben, wo die Wurzelbereiche ferner einer Verdrehungs- bzw. Verdrillungsverarbeitung unterzogen werden.
  • 10 bis 12 sind Diagramme, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls 102 gemäß Ausführungsform 2 zeigen. 10 ist eine Draufsicht, 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Öffnungsbereichs 611d im Leiterrahmen 611a des Leistungsmoduls 102 aus 10, und 12 ist eine Schnittansicht bei Betrachtung in Richtung der Pfeile entlang der Linie B-B' in 10. Wie in 10 bis 12 gezeigt, sind in den Wurzelbereichen des Leiterrahmens 611a und des Leiterrahmens 612a, die vom Gehäuse 51 aus vorstehen, schlitzförmige Öffnungsbereiche 611d, 612d, die jeweils eine Breite von 1 mm und eine Länge von 5 mm haben, ausgebildet, und die Bereiche auf der rechten und der linken Seite von jedem der schlitzförmigen Öffnungsbereiche 611d, 612d werden einer Verdrehungsverarbeitung unterzogen, so dass dadurch die Querschnitte bereitgestellt werden, wie in 12 gezeigt.
  • Die Öffnungsbereiche 611d, 612d sind so ausgebildet, dass der Keramikbereich der Isolierplatte 11 freiliegt (sichtbar ist). Die übrige Konfiguration und das Herstellungsverfahren des Leistungsmoduls 102 gemäß Ausführungsform 2 sind die gleichen wie diejenigen für das Leistungsmodul 101 aus Ausführungsform 1, und demzufolge sind entsprechenden Teilen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, so dass deren erneute Beschreibung weggelassen wird.
  • Der Unterschied zu Ausführungsform 1 liegt darin, dass - wie in 12 gezeigt - in den Leiterrahmen 611a, 612a deren jeweilige gegabelte Bereiche 611aa, 611ab und 612aa, 612ab, die die 1 mm breiten schlitzförmigen Öffnungsbereiche 611d, 612d dazwischen jeweils sandwichartig umgeben, so verdreht sind, dass sie angehoben sind, so dass deren Schlitzbreiten vergrößert sind.
  • Im Ergebnis ist es möglich, die Größe des Öffnungsbereichs äquivalent zu oder größer als die kreisrunde Öffnung aus Ausführungsform 1 zu machen, die 2 mm im Durchmesser beträgt. Dies ermöglicht es, die kleinste Querschnittsfläche des Rahmens zu vergrößern und demzufolge die Erhöhung der Spannung und die Zunahme des Stroms des Leistungsmoduls zu behandeln.
  • Wie oben beschrieben, sind bei dem Leistungsmodul 102 gemäß der Ausführungsform 2 die Öffnungsbereiche 611d, 612d schlitzförmig, und in den Leiterrahmen 611a, 612a sind deren jeweilige gegabelten Bereiche 611aa, 611ab und 612aa, 612ab, die jeweils die schlitzförmigen Öffnungsbereiche 611d, 612d dazwischen sandwichartig umgeben, so verdreht, dass sie angehoben sind. Demzufolge ist es möglich, nicht nur den Öffnungsbereich zu vergrößern, sondern auch die kleinste Querschnittsfläche des Rahmens zu vergrößern und demzufolge den Anstieg der Spannung und die Zunahme des Stroms des Leistungsmoduls zu behandeln.
  • Es sei angemerkt, dass bei der Ausführungsform 2 die schlitzförmigen Öffnungsbereiche einer nach dem anderen ausgebildet werden. Dies ist jedoch nicht einschränkend. Wenn mehrere Schlitze in jedem der Leiterrahmen 611a, 612a ausgebildet sind, wird eine Wirkung ähnlich der obigen auch erzielt, obwohl sie von der Breite jenes Rahmens abhängt. Wenn die jeweiligen gegabelten Bereiche 611aa, 611ab und 612aa, 612ab in den Leiterrahmen 611a, 612a lateral gleiten gelassen werden, so dass ihre jeweiligen Schlitze aufgeweitet werden, so dass die gegabelten Bereiche 611aa und 612ab miteinander überlappen, wird ebenfalls eine Wirkung ähnlich der obigen erzielt.
  • Wie in 13 und 14 gezeigt, gilt außerdem Folgendes: Um diejenigen Querschnittsflächen der Leiterrahmen 611a, 612a zu kompensieren, die infolge der Öffnungsbereiche 611f, 612f verloren gegangen sind, können Bonddrähte 41 um die Öffnungsbereiche 611f, 612f in den Leiterrahmen 611a, 612a herum angeordnet werden. 13 und 14 zeigen eine andere Konfiguration des Leistungsmoduls 102 gemäß Ausführungsform 2.
  • 13 ist eine Draufsicht, und 14 ist eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile entlang der Linie A-A' in 13. Die Bonddrähte 41 sind so angeordnet, dass sie nicht mit den gegabelten Bereichen 611ac, 611ad, 612ac, 612ad in der Draufsicht überlappen und demzufolge derart, dass sie die Öffnungsbereiche 611f, 612f bei Betrachtung von der Oberseite nicht bedecken, so dass es ermöglicht wird, dass diese Drähte die UV-Strahlung nicht störend beeinflussen.
  • Wie in 15 gezeigt, gilt außerdem Folgendes: Um diejenige Querschnittsfläche des Leiterrahmens 611a (oder 612a, nicht dargestellt) zu kompensieren, die infolge eines Öffnungsbereichs 611i (oder 612i, nicht dargestellt) verloren gegangen ist, können die gegabelten Bereiche 611ae, 611af (oder 612ae, 612af, nicht dargestellt) neben dem Öffnungsbereich 611i (oder 612i, nicht dargestellt) verbreitert werden, so dass Umgehungsbereiche 611ag, 611ah (oder 612ag, 612ah, nicht dargestellt) gebildet werden, und wenn die Umgehungsbereiche 611ag, 611ah (oder 612ag, 612ah, nicht dargestellt) um 90° in Richtung der Platte gebogen werden oder in Richtung der gegenüberliegenden Seite der Platte gebogen werden, wird es ermöglicht, dass diese die UV-Strahlung nicht störend beeinflussen.
  • Außerdem ist es dann, wenn sie um 90° in Richtung der Platte gebogen werden, zulässig, dass die Höhe des Flüssigkeitspegels des Dichtungsharzes bei der Herstellung verringert wird, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem sie um 90° in Richtung der gegenüberliegenden Seite der Platte gebogen werden, so dass das Modul durch die Volumenverringerung des Dichtungsharzes leichtgewichtig gemacht werden kann.
  • Im Gegensatz dazu gilt Folgendes: Wenn sie um 90° in Richtung der gegenüberliegenden Seite der Platte gebogen werden, wird es ermöglicht, dass ein Blaseneinschluss zur Zeit der Injektion des Dichtungsharzes unterbunden wird. Wenn die Umgehungsbereiche 611ag, 611ah (oder 612ag, 612ah, nicht dargestellt) um 180° gefaltet werden, wie in 16 gezeigt, wird es außerdem ermöglicht, dass diese die UV-Strahlung in einer schrägen Richtung nicht störend beeinflussen.
  • Ausführungsform 3
  • In Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 sind die Öffnungsbereiche in den Wurzelbereichen der Leiterrahmen 611a, 612a ausgebildet, wohingegen bei der Ausführungsform 3 ein solcher Fall beschrieben wird, in welchem die gebogenen Bereiche in den Wurzelbereichen ausgebildet sind.
  • 17 und 18 sind Diagramme, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls 103 gemäß Ausführungsform 3 zeigen. 17 ist eine Draufsicht, und 18 ist eine perspektivische Ansicht eines gebogenen Bereichs 611e im Leiterrahmen 611a des Leistungsmoduls 103 in 17. Wie in 17 und 18 gezeigt, sind an Positionen, wo der Leiterrahmen 611a und der Leiterrahmen 612a die Isolierplatte 11 überlappen, und in den Wurzelbereichen, die vom Gehäuse 51 aus vorstehen, gebogene Bereiche 611e, 612e ausgebildet, die entlang einer Richtung von 45° bei Betrachtung von oben in Bezug auf die Ausbildungsrichtung (Längsrichtung) des Leiterrahmens und in einer Richtung senkrecht zu der Isolierplatte gebogen wurden.
  • Die übrige Konfiguration und das Herstellungsverfahren des Leistungsmoduls 103 gemäß Ausführungsform 3 sind die gleichen wie diejenigen für das Leistungsmodul 101 gemäß Ausführungsform 1, und demzufolge sind entsprechenden Teilen die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, so dass deren Beschreibung weggelassen wird.
  • Mit einer solchen Konfiguration wird es ermöglicht, dass die Abschirmung von UV-Licht unterbunden wird, da der vorstehende Bereich im Vergleich zu dem Fall verringert werden kann, in welchem die Wurzelbereiche des Leiterrahmens 611a und des Leiterrahmens 612a flach ausgebildet sind.
  • Wie oben beschrieben, sind bei dem Leistungsmodul 103 gemäß Ausführungsform 3 in den Wurzelbereichen des Leiterrahmens 611a und des Leiterrahmens 612a, die vom Gehäuse 51 aus vorstehen, die gebogenen Bereiche 611e, 612e ausgebildet, die entlang der Richtung von 45° bei Betrachtung von oben in Bezug auf die Ausbildungsrichtung des Leiterrahmens und in einer Richtung senkrecht zu der Isolierplatte gebogen wurden. Demzufolge wird es ermöglicht, dass die Abschirmung von UV-Licht unterbunden wird, da der vorstehende Bereich im Vergleich zu dem Fall der flachen Ausbildung verringert werden kann. Es sei angemerkt, dass die Richtung, entlang welcher sie gebogen sind, hier mit 45° vorgegeben ist. Es besteht jedoch keine Einschränkung bezüglich ihres Winkels, falls es ein biegbarer Winkel mittels Pressbearbeitung ist, und wenn er im Bereich von 30° bis 60° liegt, wird eine Wirkung ähnlich der obigen erzielt.
  • Ausführungsform 4
  • Ausführungsform 4 ist eine Ausführungsform einer Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung, bei welcher das Leistungsmodul gemäß den vorhergehenden Ausführungsformen 1 bis 3 verwendet wird. Obwohl die Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung in dieser Anmeldung nicht auf eine spezifische beschränkt ist, wird nachfolgend ein solcher Fall als Ausführungsform 4 beschrieben, in welchem die vorliegende Anmeldung bei einem dreiphasigen Wechselrichter verwendet wird.
  • 19 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Energie-Umwandlungssystems zeigt, auf welches eine Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4 angewendet wird.
  • Das in 19 gezeigte Energie-Umwandlungssystem ist mit einer Energiequelle 100, einer Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung 200 und einer Last 300 konfiguriert. Die Energiequelle 100 ist eine DC-Energiequelle, welche DC-Energie der Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung 200 zuführt. Die Energiequelle 100 kann mit einem von verschiedenartigen Elementen konfiguriert werden, und sie kann beispielsweise mit einem DC-System, einer Solarbatterie oder einer Speicherbatterie konfiguriert werden, und sie kann auch mit einer Gleichrichterschaltung und einem AC/DC-Umrichter konfiguriert werden, die mit einem AC-System verbunden sind. Außerdem kann die Energiequelle 100 mit einem DC/DC-Umrichter konfiguriert werden, der aus einem DC-System ausgegebene DC-Energie in spezifizierte Energie umsetzt.
  • Die Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung 200 ist ein dreiphasiger Wechselrichter, der zwischen die Energiequelle 100 und die Last 300 geschaltet ist, und er richtet die von der Energiequelle 100 zugeführte DC-Energie in AC-Energie um, und er führt die AC-Energie der Last 300 zu. Wie in 19 gezeigt, weist die Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung 200 Folgendes auf: eine Haupt-Umwandlungsschaltung 201 zum Umsetzen der DC-Energie in AC-Energie und zum anschließenden Ausgeben dieser Energie, und eine Steuerschaltung 203 zum Ausgeben von Steuersignalen zum Steuern der Haupt-Umwandlungsschaltung 201 an die Haupt-Umwandlungsschaltung 201.
  • Die Last 300 ist ein dreiphasiger Elektromotor, der von der AC-Energie angetrieben werden soll, die von der Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung 200 zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Verwendung der Last 300 nicht auf eine spezifische beschränkt ist, und dass demzufolge die Last ein Elektromotor sein kann, der in jedem Typ von elektrischer Vorrichtung installiert ist und als ein Elektromotor verwendet wird, beispielsweise für ein Hybridfahrzeug, ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Fahrstuhl oder eine Klimaanlagenvorrichtung.
  • Nachfolgend werden die Einzelheiten der Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung 200 beschrieben. Die Haupt-Umwandlungsschaltung 201 weist Schaltelemente und Freilaufdioden (nicht dargestellt) auf, und wenn Schaltvorgänge der Schaltelemente ausgeführt werden, wird die von der Energiequelle 100 zugeführte DC-Energie in AC-Energie umgewandelt, die dann der Last 300 zugeführt wird. Obwohl die spezifische Schaltungskonfiguration der Haupt-Umwandlungsschaltung 201 durch verschiedenartige Konfigurationen beispielhaft beschrieben ist, ist die Haupt-Umwandlungsschaltung 201 gemäß Ausführungsform 4 eine dreiphasige Zweipegel-Vollbrückenschaltung, und sie kann auch mit sechs Schaltelementen und sechs Freilaufdioden konfiguriert sein, die umgekehrt parallel zu den jeweiligen Schaltelementen angeordnet sind.
  • Die jeweiligen Schaltelemente und die jeweiligen Freilaufdioden in der Haupt-Umwandlungsschaltung 201 werden jeweils mit dem Leistungsmodul entsprechend irgendeiner der vorherigen Ausführungsformen 1 bis 3 konfiguriert (hier erfolgt die Beschreibung unter Verwendung des Leistungsmoduls 101). Bei den sechs Schaltelementen ist jeder Satz von zwei Schaltelementen in Reihe mit jedem jeweiligen anderen geschaltet, so dass dadurch ein Satz von oberen und unteren Zweigen gebildet wird, und die jeweiligen Sätze von oberen und unteren Zweigen bilden die jeweiligen Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Zudem sind die Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Sätze von oberen und unteren Zweigen, d. h. drei Ausgangsanschlüsse der Haupt-Umwandlungsschaltung 201, mit der Last 300 verbunden.
  • Während die Haupt-Umwandlungsschaltung 201 mit einer Treiberschaltung (nicht dargestellt) zum Treiben der jeweiligen Schaltelemente versehen ist, kann die Treiberschaltung auch in das Leistungsmodul 101 eingebaut sein, und die Haupt-Umwandlungsschaltung kann so konfiguriert werden, dass sie mit der Treiberschaltung separat vom Leistungsmodul 101 versehen ist. Die Treiberschaltung erzeugt Treibersignale zum Treiben der Schaltelemente der Haupt-Umwandlungsschaltung 201, und sie führt diese Signale an die Steuerelektroden der Schaltelemente der Haupt-Umwandlungsschaltung 201 zu.
  • Genauer gesagt: Gemäß dem Steuersignal von der Steuerschaltung 203, wie später noch beschrieben, wird das Treibersignal, um das Schaltelement in den Einschaltzustand zu bringen, oder Treibersignal, um das Schaltelement in den Ausschaltzustand zu bringen, an die Steuerelektrode von jedem der Schaltelemente ausgegeben.
  • Wenn das Schaltelement im Einschaltzustand belassen werden soll, ist das Treibersignal ein Spannungssignal (Einschaltsignal), das gleich groß wie oder größer ist als eine Schwellenspannung des Schaltelements, und wenn das Schaltelement im Ausschaltzustand belassen werden soll, ist das Treibersignal ein Spannungssignal (Ausschaltsignal), das geringer als die Schwellenspannung des Schaltelements ist.
  • Die Steuerschaltung 203 steuert die Schaltelemente der Haupt-Umwandlungsschaltung 201 so, dass die angestrebte Energie bzw. Leistung der Last 300 zugeführt wird. Genauer gesagt: Auf der Basis der Energie bzw. Leistung, die an die Last 300 angelegt werden soll, berechnet die Steuerschaltung einen Zeitraum (Einschaltzeit), in welchem jedes Schaltelement im Einschaltzustand sein soll. Beispielsweise kann die Steuerschaltung die Haupt-Umwandlungsschaltung 201 unter Verwendung von PWM-Steuerung steuern, wobei die Einschaltzeit des Schaltelements gemäß der auszugebenden Spannung moduliert wird.
  • Außerdem gibt die Steuerschaltung Steuerbefehle (Steuersignale) an die Treiberschaltung aus, die in der Haupt-Umwandlungsschaltung 201 enthalten ist, so dass zu jedem Zeitpunkt das Einschaltsignal an das Schaltelement ausgegeben wird, das in den Einschaltzustand gebracht werden soll, und das Ausgangssignal an das Schaltelement ausgegeben wird, das in den Ausschaltzustand gebracht werden soll. Gemäß den Steuersignalen gibt die Treiberschaltung das Einschaltsignal oder das Ausschaltsignal als ein Treibersignal an die Steuerelektrode von jedem der Schaltelemente aus.
  • Bei der Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4 werden die Leistungsmodule gemäß den Ausführungsformen 1 bis 3 als die jeweiligen Schaltelemente und Freilaufdioden der Haupt-Umwandlungsschaltung 201 angewendet, und demzufolge ist es möglich, zu erreichen, dass die Zuverlässigkeit verbessert ist.
  • Bei der Ausführungsform 4 ist ein Beispiel beschrieben, bei welchem die Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung bei einem dreiphasigen Wechselrichter mit zwei Pegeln verwendet wird. Die vorliegende Anmeldung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und sie kann auf verschiedenartige Elektroenergie-Umwandlungseinrichtungen angewendet werden.
  • Bei der Ausführungsform 4 ist eine Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung mit zwei Pegeln ausgebildet. Sie kann jedoch stattdessen auch bei einer Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung mit drei Pegeln oder mehr Pegeln verwendet werden, und die vorliegende Anmeldung kann auch bei einem einphasigen Wechselrichter verwendet werden, wenn Energie einer einphasigen Last zugeführt werden soll. Außerdem ist es auch zulässig, dass die vorliegende Anmeldung bei einem DC/DC-Umrichter oder einem AC/DC-Umrichter verwendet wird, wenn Energie einer DC-Last zugeführt werden soll oder dergleichen.
  • Außerdem ist die Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung, bei welcher die vorliegende Anmeldung verwendet wird, nicht auf den oben beschriebenen Fall beschränkt, in welchem die Last ein Elektromotor ist, und sie kann auch als eine Energieversorgungseinrichtung für beispielsweise eine Elektroentladung-Bearbeitungsmaschine, eine Laser-Bearbeitungsmaschine, eine Induktionserwärmungs-Kochmaschine, ein kontaktloses Energiezuführungssystem oder dergleichen verwendet werden. Außerdem ist es auch zulässig, dass sie als ein Energiequalität-Wandler (power conditioner) für ein Solar-Photovoltaik-System, ein Energiespeichersystem oder dergleichen verwendet wird.
  • In dieser Anmeldung ist eine Vielfalt von Ausführungsformen und Beispielen beschrieben. Jede Eigenschaft, Konfiguration oder Funktion, die in einer oder mehreren Ausführungsformen beschrieben ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass sie auf eine spezifische Ausführungsform angewendet wird, und sie kann auch einzeln oder in irgendeiner von verschiedenartigen Konfiguration davon auf eine Ausführungsform angewendet werden.
  • Demzufolge wird eine unbegrenzte Zahl von modifizierten Beispielen, die hier nicht beispielhaft erwähnt sind, innerhalb des technischen Umfangs vorgeschlagen, die in der vorliegenden Beschreibung offenbart sind. Beispielsweise sollen solche Fälle eingeschlossen sein, bei welchen zumindest ein Konfigurationselement modifiziert wird; bei welchen irgendein Konfigurationselement hinzugefügt oder weggelassen wird; und zusätzlich, bei welchem zumindest ein Konfigurationselement extrahiert und mit einem Konfigurationselement einer anderen Ausführungsform kombiniert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 7
    Dichtungsharz-Bereich
    11
    Isolierplatte
    21
    Leistungs-Halbleiterelement
    22
    Leistungs-Halbleiterelement
    30
    Lot-Bondbereich
    31
    Lot-Bondbereich
    74
    Dichtungsharz-Bereich
    101
    Leistungsmodul
    102
    Leistungsmodul
    103
    Leistungsmodul
    111
    Leistungsmodul
    200
    Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung
    201
    Haupt-Umwandlungsschaltung
    203
    Steuerschaltung
    300
    Last
    611a
    Lot-Bondbereich
    612a
    Lot-Bondbereich
    613a
    Leiterrahmen (Elektrodenplatte)
    611
    Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich
    612
    Schraubenbefestigungs-Anschlussbereich
    611b
    Öffnungsbereich
    611c
    Öffnungsbereich
    611d
    Öffnungsbereich
    611f
    Öffnungsbereich
    611i
    Öffnungsbereich
    612b
    Öffnungsbereich
    612c
    Öffnungsbereich
    612d
    Öffnungsbereich
    612f
    Öffnungsbereich
    612i
    Öffnungsbereich
    613b
    Öffnungsbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015046416 A [0006]

Claims (11)

  1. Leistungsmodul, das Folgendes aufweist: - eine Isolierplatte, bei welcher Muster von Leiterschichten auf beiden Seiten einer Keramikplatte gebildet sind; - ein Halbleiterelement, das auf der Isolierplatte platziert ist; - eine Elektrodenplatte in Plattenform, die eine Verbindung von einer Elektrode des Halbleiterelements nach außerhalb davon herstellt; und - einen Dichtungsharz-Bereich, der einen Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterelement und der Elektrodenplatte sowie eine Region um den Verbindungsbereich herum abdichtet; wobei ein Öffnungsbereich in der Elektrodenplatte an einer Position gebildet ist, wo der Öffnungsbereich zumindest teilweise in der Draufsicht mit einem Bereich der Isolierplatte überlappt, wo die Leiterschicht nicht ausgebildet ist.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei der Öffnungsbereich eine Fläche hat, die äquivalent ist zu einem Kreis mit einem Durchmesser, der nicht kleiner als 160 %, aber nicht mehr als 250 % der Dicke der Elektrodenplatte ist.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Öffnungsbereich schlitzförmig ist und, in der Elektrodenplatte, gegabelte Bereiche, die den schlitzförmigen Öffnungsbereich dazwischen sandwichartig umgeben, jeweils so verdreht sind, dass sie angehoben sind.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei Metallverdrahtungen mittels Drahtbonden auf der Elektrodenplatte ausgebildet sind, und zwar an Positionen, wo die Verdrahtungen in der Draufsicht mit gegabelten Bereichen in der Elektrodenplatte überlappen, die den Öffnungsbereich dazwischen sandwichartig umgeben.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei entlang von gegabelten Bereichen in der Elektrodenplatte, die den Öffnungsbereich dazwischen sandwichartig umgeben, verbreiterte Bereiche zum Ausdehnen dieser gegabelten Bereiche ausgebildet wurden und in Richtung der Isolierplatte oder in Richtung einer gegenüberliegenden Seite der Isolierplatte gebogen sind.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei entlang von gegabelten Bereichen in der Elektrodenplatte, die den Öffnungsbereich dazwischen sandwichartig umgeben, verbreiterte Bereiche zum Ausdehnen dieser gegabelten Bereiche ausgebildet wurden und zu Positionen gefaltet wurden, wo die verbreiterten Bereiche in der Draufsicht mit diesen gegabelten Bereichen überlappen.
  7. Leistungsmodul, das Folgendes aufweist: - eine Isolierplatte, bei welcher Muster von Leiterschichten auf beiden Seiten einer Keramikplatte gebildet sind; - ein Halbleiterelement, das auf der Isolierplatte platziert ist; - eine Elektrodenplatte in Plattenform, die eine Verbindung von einer Elektrode des Halbleiterelements nach außerhalb davon herstellt; und - einen Dichtungsharz-Bereich, der einen Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterelement und der Elektrodenplatte sowie eine Region um den Verbindungsbereich herum abdichtet; wobei ein gebogener Bereich in der Elektrodenplatte an einer Position gebildet ist, wo der gebogene Bereich zumindest teilweise in der Draufsicht mit einem Bereich der Isolierplatte überlappt, wo die Leiterschicht nicht ausgebildet ist; wobei der gebogene Bereich unter einem spezifischen Winkel bezogen auf die Ausbildungsrichtung der Elektrodenplatte gebogen ist, und zwar in einer Richtung senkrecht zur Isolierplatte.
  8. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Leistungs-Halbleiterelement aus einem Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand gebildet ist.
  9. Leistungs-Halbleitereinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand Siliciumcarbid, ein galliumnitridbasiertes Material oder Diamant ist.
  10. Elektroenergie-Umwandlungseinrichtung mit einem Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die Folgendes aufweist: eine Haupt-Umwandlungsschaltung zum Ausgeben von zugeführter Energie nach der Umwandlung dieser Energie; und eine Steuerschaltung zum Ausgeben, an die Haupt-Umwandlungsschaltung, eines Steuersignals zum Steuern der Haupt-Umwandlungsschaltung.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls, das Folgendes umfasst: - einen Schritt zum Bonden eines Halbleiterelements auf eine Isolierplatte, bei welcher Muster von Leiterschichten auf beiden Seiten einer Keramikplatte gebildet sind; - einen Schritt zum Zusammenbonden einer Elektrode des Halbleiterelements und einer Elektrodenplatte in einer Plattenform, wobei die Elektrodenplatte einen Öffnungsbereich hat, der an einer Position ausgebildet ist, wo der Öffnungsbereich zumindest teilweise in der Draufsicht einen Bereich der Isolierplatte überlappt, wo die Leiterschicht nicht ausgebildet ist; und - einen Schritt zum Gießen eines Dichtungsharzes auf einen Verbindungsbereich zwischen dem Halbleiterelement und der Elektrodenplatte sowie eine Region um den Verbindungsbereich herum, und zwar in einem Zustand, in welchem die Oberfläche einer Fläche der Isolierplatte, die von deren Fläche verschieden ist, wo die Leiterschicht ausgebildet ist, mit UV-Licht-Bestrahlung beaufschlagt wird, so dass dadurch der Verbindungsbereich und die Region abgedichtet werden.
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