DE112018002625T5 - Leistungshalbleitervorrichtung und Leistungsumsetzungseinrichtung, die diese enthält - Google Patents

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Nobutake Tsuyuno
Hiromi Shimazu
Akihiro Namba
Akira Matsushita
Hiroshi Houzouji
Atsuo Nishihara
Toshiaki Ishii
Takashi Hirao
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Hitachi Astemo Ltd
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Leistungshalbleitervorrichtung, die die Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und die Verbesserung der Produktivität ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden geschaffen: ein Schaltungskörper, der ein Halbleiterelement und einen leitfähigen Abschnitt enthält; eine erste Isolation und eine zweite Isolation, die einander gegenüberliegen, wobei der Schaltungskörper zwischen der ersten Isolation und der zweiten Isolation eingefügt ist; eine erste Grundplatte und eine zweite Grundplatte, die einander gegenüberliegen, wobei der Schaltungskörper, die erste Isolation und die zweite Isolation zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte eingefügt sind; ein Gehäuse mit einem ersten Öffnungsabschnitt, der mit der ersten Grundplatte bedeckt ist, und mit einem zweiten Öffnungsabschnitt, der mit der zweiten Grundplatte bedeckt ist; und ein Entfernungsregulierungsabschnitt, der in dem Raum zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte vorgesehen ist, wobei der Entfernungsregulierungsabschnitt eine Entfernung zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte in Kontakt mit der ersten Grundplatte und mit der zweiten Grundplatte reguliert.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, die mit einem Leistungshalbleiterelement bestückt ist, und auf eine Leistungsumsetzungseinrichtung, die die Leistungshalbleitervorrichtung enthält.
  • Stand der Technik
  • Eine Einrichtung, die Leistung mit dem Schalten eines Leistungshalbleiterelements umsetzt, weist einen hohen Umsetzwirkungsgrad auf und wird somit für allgemeine Zwecke, für Fahrzeuge, für Eisenbahnen oder für elektrische Umspannausrüstung umfassend verwendet. Da ein solches Leistungshalbleiterelement wegen der Energiezufuhr Wärme erzeugt, ist eine hohe Wärmeableitung erforderlich. Insbesondere für Fahrzeuge wird ein hocheffizientes Kühlsystem mit einem Flüssigkeitskühlmittel, das die Miniaturisierung und Gewichtsverringerung ermöglicht, angenommen. Zum Beispiel offenbart PTL 1 ein Leistungsmodul, das für eine Leistungsumsetzungseinrichtung zu verwenden ist, in der eine mit Harz vergossene Halbleitervorrichtung in einem Gehäuse aufgenommen ist.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2011-233606 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Das in PTL 1 beschriebene Leistungsmodul enthält einen Abdichtkörper, der ein Halbleiterelement abdichtet, das in einem Gehäuse mit einem dünnwandigen Abschnitt, der Wärmeableitplatten umgibt, aufgenommen ist. Nach dem Crimpen des Abdichtkörpers und des Gehäuses ist ein Prozess des Abdichtens des Raums zwischen dem Abdichtkörper und dem Gehäuse mit einem Gießharz erforderlich.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Leistungshalbleitervorrichtung, die eine Verbesserung der Produktivität ohne Verschlechterung der Zuverlässigkeit ermöglicht.
  • Lösung des Problems
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden geschaffen: ein Schaltungskörper, der ein Halbleiterelement und einen leitfähigen Abschnitt enthält; eine erste Isolation und eine zweite Isolation, die einander gegenüberliegen, wobei der Schaltungskörper zwischen der ersten Isolation und der zweiten Isolation eingefügt ist; eine erste Grundplatte und eine zweite Grundplatte, die einander gegenüberliegen, wobei der Schaltungskörper, die erste Isolation und die zweite Isolation zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte eingefügt sind; ein Gehäuse mit einem ersten Öffnungsabschnitt, der mit der ersten Grundplatte bedeckt ist, und mit einem zweiten Öffnungsabschnitt, der mit der zweiten Grundplatte bedeckt ist; und ein Entfernungsregulierungsabschnitt, der in dem Raum zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte vorgesehen ist, wobei der Entfernungsregulierungsabschnitt eine Entfernung zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte in Kontakt mit der ersten Grundplatte und mit der zweiten Grundplatte reguliert.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Leistungshalbleitervorrichtung eine Verbesserung der Produktivität ohne Verschlechterung der Zuverlässigkeit.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtheit einer Leistungshalbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Substrats 810 der Kollektorseite für die Leistungshalbleitervorrichtung 300.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Substrats 820 der Emitterseite für die Leistungshalbleitervorrichtung 300.
    • 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses 805 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 5(a) ist eine Schnittansicht des Gehäuses 805, wenn die Ebene A aus 4 in Richtung eines Pfeils gesehen wird.
    • 5(b) ist eine Schnittansicht des Gehäuses 805, das von unten mit dem Substrat 810 der Kollektorseite bestückt ist.
    • 5(c) ist eine Schnittansicht des Substrats 810 der Kollektorseite, das mit einem Teil der Schaltungskomponenten bestückt ist.
    • 5(d) ist eine Schnittansicht des Gehäuses 805, das von unten mit dem Substrat 820 der Emitterseite bestückt ist.
    • 6(a) ist eine Schnittansicht eines Verarbeitungsprozesses einer zweiten Grundplatte 821.
    • 6(b) ist eine vergrößerte Schnittansicht eines verarbeiteten Abschnitts von 6(a).
    • 6(c) ist eine Schnittansicht eines Laserschweißprozesses.
    • 6(d) ist eine Schnittansicht eines Harzabdichtprozesses durch Spritzpressen.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht inmitten des Prozessablaufs zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 300, der dem Prozess aus 5(c) entspricht.
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht inmitten des Prozessablaufs zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 300, der dem Prozess aus 6(c) entspricht.
    • 9(a) ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 9(b) ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform.
    • 9(c) ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer abermals anderen Ausführungsform.
    • 10 ist ein Stromlaufplan der in irgendeiner von 1 bis 9 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung.
    • 11 ist eine perspektivische Schnittansicht einer Leistungsumsetzungseinrichtung 200, die mit Leistungshalbleitervorrichtungen 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestückt ist.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Als eine Ausführungsform einer Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden eine Leistungshalbleitervorrichtung für eine Leistungsumsetzungseinrichtung, mit der ein Fahrzeug zu bestücken ist, beschrieben. In einer im Folgenden zu beschreibenden Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung werden Bestandteile wie etwa ein Leistungshalbleiterelement als ein Heizelement, ein leitfähiger Abschnitt, der mit dem Leistungshalbleiterelement zu bestücken ist, eine Grundplatte mit einem Kühlrippenabschnitt als eine Wärmeableitplatte für die thermische Verbindung mit dem Heizelement und ein Abdichtharz als ein Harzmaterial zum Schützen des Heizelements und der Wärmeableitplatte anhand der Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass dieselben Elemente in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und dass somit die doppelten Beschreibungen davon weggelassen werden.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht der Gesamtheit einer Leistungshalbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungshalbleitervorrichtung 300 enthält ein Metallgehäuse 805, eine Metallgrundplatte 860 mit einer Wärmeableitkühlrippe, ein Dichtharz 850, das in dem Gehäuse 805 aufgenommen ist, einen Gleichstromanschluss 315B, einen Gleichstromanschluss 319B, einen Wechselstromanschluss 320B, einen Signalanschluss 325U, einen Signalanschluss 325L und einen Signalanschluss 325S.
  • Der Signalanschluss 325U sendet ein Signal an ein Leistungshalbleiterelement in dem oberen Zweig einer Wechselrichterschaltung. Der Signalanschluss 325L sendet ein Signal an ein Leistungshalbleiterelement in dem unteren Zweig der Wechselrichterschaltung. Der Signalanschluss 325S weist einen Anschluss für die Stromdetektion und einen Anschluss für die Temperaturdetektion auf.
  • Das Gehäuse 805 bildet einen Abdichtabschnitt 800, der in der Nähe einer Öffnung gebildet ist, durch die z. B. der Wechselstromanschluss 320B verläuft, und einen Abdichtabschnitt 801, der in der Nähe einer Öffnung gebildet ist, durch die der Gleichstromanschluss 315 und der Gleichstromanschluss 319B verlaufen. Bei dem Begrenzungsabschnitt zwischen dem Gehäuse 805 und der Grundplatte 860 ist ein geschweißter Abschnitt 809 vorgesehen.
  • Mit dem Gebiet, das zwischen dem Abdichtabschnitt 800 und dem Abdichtabschnitt 801 in dem Gehäuse 805 eingefügt ist, gelangt Kühlwasser in Kontakt. Das Kühlwasser ist durch die Metallmaterialien des Gehäuses 805, der Grundplatte 860 und des geschweißten Abschnitts 809 von dem Dichtharz 850 isoliert.
  • Diese Anordnung ermöglicht zu verhindern, dass das Dichtharz 850 wegen des Kühlwassers Feuchtigkeit aufnimmt, so dass eine hohe Zuverlässigkeit aufrechterhalten werden kann. Der Signalanschluss 325L, der Signalanschluss 325U, der Signalanschluss 325S und der Wechselstromanschluss 320B stehen in einer Linie von einer Fläche der Leistungshalbleitervorrichtung 300 vor. Diese Anschlüsse, die für die Verbindung mit einer Steuerschaltung, mit einer Treiberschaltung und mit einem Stromsensor von der einen Fläche vorstehen, ermöglichen eine wirksame Vereinfachung des Wechselrichter-Layouts.
  • Der Gleichstromanschluss 315B und der Gleichstromanschluss 319B stehen in einer Linie von einer Fläche der Leistungshalbleitervorrichtung 300 vor. Da der Gleichstromanschluss 315B und der Gleichstromanschluss 319B zueinander benachbart sind, kommen der Eingangsstrom und der Ausgangsstrom einander nahe, was zu einer wirksamen Verringerung der Induktivität führt. Der Gleichstromanschluss 315B und der Gleichstromanschluss 319B, die zur Verbindung mit einem mit einer Batterie gekoppelten Kondensatormodul von der einen Fläche vorstehen, ermöglichen eine wirksame Vereinfachung der Wechselrichteranordnung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Substrats 810 der Kollektorseite für die Leistungshalbleitervorrichtung 300.
  • Ein leitfähiger Abschnitt 813 weist einen Elementausrüstungsabschnitt, der mit den Leistungshalbleiterelementen zu bestücken ist, und einen Anschlussausrüstungsabschnitt, der z. B. mit dem Gleichstromanschluss 315B zu bestücken ist, auf. Eine erste Grundplatte 811 ist ein Metallelement, das eine Kühlrippe bildet. Eine zwischen dem leitfähigen Abschnitt 813 und der ersten Grundplatte 811 gebildete erste Isolation 812 isoliert den leitfähigen Abschnitt 813 von der ersten Grundplatte 811. Die erste Isolation 812 ist mit später zu beschreibenden Entfernungsregulierungsabschnitten 807a bis 807c versehen.
  • Solange die erste Grundplatte 811 aus einem Metallmaterial hergestellt ist, ist sie nicht besonders beschränkt. Unter dem Gesichtspunkt der Wärmeableitung ist erwünscht, dass die erste Grundplatte 811 aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist. Darüber hinaus ist es unter Berücksichtigung der Schweißbarkeit mit dem in 1 dargestellten Gehäuse 805 am meisten erwünscht, dass die erste Grundplatte 811 aus Aluminium hergestellt ist.
  • Da die Kühlrippe der ersten Grundplatte 811 mit Kühlwasser in Kontakt stehen soll, ist es unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsschutzwirkung erwünscht, dass die Kühlrippe der ersten Grundplatte 811 in der Weise verarbeitet ist, dass ihre äußerste Oberfläche aus Aluminium, Alaunstein oder Nickel hergestellt ist.
  • Solange der leitfähige Abschnitt 813 aus einem Material mit elektrischer Leitfähigkeit hergestellt ist, ist er nicht besonders beschränkt. Es ist erwünscht, dass der leitfähige Abschnitt 813 aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist, das ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit aufweist. Zur Verbesserung der Lötmittelkonnektivität ist es erwünscht, dass ein Teil des leitfähigen Abschnitts 813 oder der gesamte Abschnitt vernickelt ist. Zur Verbesserung der Haftung an dem Dichtharz 850 ist es erwünscht, dass der leifähige Abschnitt 813 z. B. durch Aufrauen verarbeitet ist.
  • Mit der Gate-Elektrode eines Leistungshalbleiterelements soll über einen nicht dargestellten AI-Draht ein leitfähiger Abschnitt 813a verbunden werden. Mit dem in 1 dargestellten Signalanschluss 325U soll ein leitfähiger Abschnitt 813b verbunden werden. Die Kopplung des leitfähigen Abschnitts 813a und des leitfähigen Abschnitts 813b ermöglicht die Miniaturisierung des Substrats 810 der Kollektorseite.
  • In diesem Fall veranlasst das Fließen eines Übergangselements zur Verbindung des leitfähigen Abschnitts 813b und des Signalanschlusses 325U mit dem leitfähigen Abschnitt 813a, dass der AI-Draht schwierig zu verbinden ist. Somit ist die Breite des leitfähigen Abschnitts 813a kleiner als die Breite des leitfähigen Abschnitts 813b gebildet. Somit verhindert diese Anordnung, dass das Übergangsmaterial für die Verbindung des Signalanschlusses 325U zu dem leitfähigen Abschnitt 813a fließt, der mit dem AI-Draht verbunden werden soll.
  • Mit dem leitfähigen Abschnitt 813b sind ein leitfähiger Abschnitt 813c und ein leitfähiger Abschnitt 813d verbunden. Das heißt, der leitfähige Abschnitt 813b verzweigt in die mehreren leitfähigen Abschnitte 813c und 813d. Insbesondere sind der leitfähige Abschnitt 813c und der leitfähige Abschnitt 813d voneinander beabstandet gebildet.
  • Diese Anordnung verhindert, dass sich AI-Drähte dreidimensional kreuzen, falls zwei Leistungshalbleiterelemente parallel bestückt sind, und verhindert einen Kurzschluss wegen Drahtverformung beim Spritzpressen.
  • Solange die erste Isolation 812 aus einem Isoliermaterial hergestellt ist, ist sie nicht besonders beschränkt. Unter dem Gesichtspunkt des Wärmewiderstands und der Wärmeleitfähigkeit ist es erwünscht, dass die erste Isolation 812 aus Keramik hergestellt ist. Falls die erste Isolation 812 aus Keramik hergestellt ist, ist es zur Verbesserung der Haftung an dem Dichtharz 850 erwünscht, dass durch einen Laser eine Oberflächenaufrauung ausgeführt wird oder dass ein organischer Dünnfilm gebildet wird.
  • Die erste Grundplatte 811 und der leitfähige Abschnitt 813 sollen z. B. durch ein Hartlötmaterial mit der ersten Isolation 812 verbunden werden oder sollen durch Musterbildung mit der ersten Isolation 812 verbunden werden. Genauer können die erste Grundplatte 811 und der leitfähige Abschnitt 813 auf beiden Flächen der ersten Isolation 812 durch geschmolzenes Aluminium gebildet werden. Vor der Montage der Leistungshalbleitervorrichtung 300 haften die erste Grundplatte 811 und der leitfähige Abschnitt 813 an der ersten Isolation 812, so dass ein Haftprozess in einem Prozess des Montierens der Leistungshalbleitervorrichtung 300 weggelassen werden kann, was zu einer Senkung der Herstellungskosten führt.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Substrats 820 der Emitterseite für die Leistungshalbleitervorrichtung 300.
  • Ein leitfähiger Abschnitt 823 soll mit den Leistungshalbleiterelementen bestückt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform soll ein leitfähiger Abschnitt 823a mit zwei IGBTs und mit zwei Dioden in dem oberen Zweig der Wechselrichterschaltung bestückt werden. Ein leitfähiger Abschnitt 823b soll mit zwei IGBTs und mit zwei Dioden in dem unteren Zweig der Wechselrichterschaltung bestückt werden.
  • Eine zweite Grundplatte 821 mit einer Kühlrippe enthält ein Metallelement. Eine zwischen dem leitfähigen Abschnitt 823 und der zweiten Grundplatte 821 gebildete zweite Isolation 822 isoliert den leitfähigen Abschnitt 823 von der zweiten Grundplatte 821.
  • Die zweite Isolation 822 ist mit später zu beschreibenden Entfernungsregulierungsabschnitten 807d bis 807f versehen.
  • Der leitfähige Abschnitt 823 weist einen ersten Vorsprung 823c zur Verbindung mit der Emitterseite eines Leistungshalbleiterelements und einen zweiten Vorsprung 823d zur Verbindung mit dem Draht des Substrats 810 der Kollektorseite auf. Diese Anordnung ermöglicht, dass ein Übergangselement bei der elektrischen Verbindung zwischen dem Substrat 810 der Kollektorseite und dem Substrat 820 der Emitterseite eine gleichförmige Dicke aufweist, und ermöglicht die Verhinderung einer Neigung wegen der Verbindung, so dass die Parallelität wahrscheinlicher wirksam aufrechterhalten wird.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses 805 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Gehäuse 805 weist ein Durchgangsloch 805a für die Einführung des Substrats 810 der Kollektorseite und des Substrats 820 der Emitterseite, ein Durchgangsloch 805b z. B. für die Einführung des Gleichstromanschlusses 315b und ein Durchgangsloch 805c z. B. für die Einführung des Wechselstromanschlusses 320B auf.
  • Solange das Gehäuse 805 aus einem Metallmaterial mit Wasserdichtheit hergestellt ist, ist es nicht besonders beschränkt. Unter Berücksichtigung der Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit mit der Grundplatte ist es am meisten erwünscht, dass das Gehäuse 805 aus Aluminium hergestellt ist.
  • Anhand von 5 bis 8 wird ein Prozess der Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • 5(a) ist eine Schnittansicht des Gehäuses 805, wenn die Ebene A aus 4 in Richtung eines Pfeils gesehen wird.
  • 5(b) ist eine Schnittansicht des Gehäuses 805, das von unten mit dem Substrat 810 der Kollektorseite bestückt ist.
  • 5(c) ist eine Schnittansicht des Substrats 810 der Kollektorseite, das mit einem Teil der Schaltungskomponenten bestückt ist.
  • Bei dem leitfähigen Abschnitt 813 des Substrats 810 der Kollektorseite wird ein Verbindungselement 841 vorgesehen. Darüber hinaus werden Leistungshalbleiterelemente 804 und ein Anschluss wie etwa der Wechselstromanschluss 320B über das Verbindungselement 841 mit dem leitfähigen Abschnitt 813 verbunden. Danach werden zwischen dem leitfähigen Abschnitt 813 und den Leistungshalbleiterelementen 804 nicht dargestellte AI-Drähte verbunden.
  • 5(d) ist eine Schnittansicht des Gehäuses 805, das von unten mit dem Substrat 820 der Emitterseite bestückt ist. In diesem Fall stehen die jeweiligen oberen Flächen des Entfernungsregulierungsabschnitts 807a und des Entfernungsregulierungsabschnitts 807e in Kontakt. Diese Anordnung ermöglicht, dass sich die erste Grundplatte 811 und die zweite Grundplatte 821 in Bezug auf die Höhe mit dem Gehäuse 805 nicht stören, so dass verhindert werden kann, dass sich die erste Grundplatte 811, die zweite Grundplatte 821 und das Gehäuse 805 stören.
  • Da die Störung mit dem Gehäuse 805 bei der Verbindung durch das Verbindungselement 841 verhindert werden kann, kann dann die Qualität der elektrischen Verbindung verbessert sein. Die erste Grundplatte 811 und die zweite Grundplatte 821 werden in Bezug auf die Höhe präzise reguliert, so dass die für das Schweißen notwendigen Dimensionen zwischen der ersten Grundplatte 811, der zweiten Grundplatte 821 und der Grundplatte 805 aufrechterhalten werden können.
  • 6(a) ist eine Schnittansicht eines Verarbeitungsprozesses der zweiten Grundplatte 821. 6(b) ist eine vergrößerte Schnittansicht eines verarbeiteten Abschnitts aus 6(a).
  • Die zweite Grundplatte 821 stört sich in Bezug auf die Höhe nicht mit dem Gehäuse 805. Somit ist an der zweiten Grundplatte 821 ein gebogener Abschnitt 806 vorgesehen, so dass der Umfangsrand der zweiten Grundplatte 821 in der Nähe des Gehäuses 805 ist.
  • Es wird angemerkt, dass die erste Grundplatte 811 und das Gehäuse 805 wegen des Eigengewichts des Gehäuses 805 auf die erste Grundplatte 811 miteinander in Kontakt stehen.
  • 6(c) ist eine Schnittansicht eines Laserschweißprozesses. Die erste Grundplatte 811 und das Gehäuse 805 werden durch Laserschweißen verbunden und darüber hinaus werden die zweite Grundplatte 821 und das Gehäuse 805 durch Laserschweißen verbunden, so dass jeweilige geschweißte Abschnitte 809 gebildet werden.
  • 6(d) ist eine Schnittansicht eines Harzabdichtprozesses durch Spritzpressen. Das Dichtharz 850 wird durch Spritzpressen in dem Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 805, der ersten Grundplatte 811 und der zweiten Grundplatte 821 abgedichtet.
  • Da das Gehäuse 805 und die erste Grundplatte 811 geschweißt sind und darüber hinaus das Gehäuse 805 und die zweite Grundplatte 821 geschweißt sind, fließt das Dichtharz 850 nicht zu den Kühlrippenseiten. Das Bedecken der Stirnflächen 805d und 805e des Gehäuses 805 mit dem Dichtharz 850 ermöglicht die Isolation eines Anschlusses wie etwa des Wechselstromanschlusses 320B von dem Gehäuse 805. Danach werden Stege in einem Leiterrahmen, nicht dargestellt, geschnitten, um die Anschlüsse zu bilden, so dass die Leistungshalbleitervorrichtung 300 erhalten wird.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht inmitten des Prozessablaufs der Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 300, der dem Prozess aus 5(c) entspricht.
  • Als die Leistungshalbleiter auf dem Substrat 810 der Kollektorseite sind über Lötmittel in zwei parallelen Reihen IGBTs 155A und 155B auf der Seite des oberen Zweigs, Dioden 156A und 156B auf der Seite des oberen Zweigs, IGBTs 157A und 157B auf der Seite des unteren Zweigs und Dioden 158A und 158B auf der Seite des unteren Zweigs verbunden. IGBT ist hier eine Abkürzung für Isolierschicht-Bipolartransistor. Jeder wie etwa der IGBT 155A ist z. B. über AI-Drähte 840 von einem Gate und einer Temperaturmessung mit dem leitfähigen Abschnitt 813b des Substrats 810 der Kollektorseite verbunden. Die Stege 830 bis 832 bilden Verbindungen zwischen den Anschlüssen wie etwa dem Wechselstromanschluss 320B. 8 ist eine perspektivische Ansicht inmitten des Prozessablaufs der Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 300, der dem Prozess aus 6(c) entspricht.
  • Bei dem Begrenzungsabschnitt, bei dem die zweite Grundplatte 821 und das Gehäuse 805 in Kontakt stehen, ist der geschweißte Abschnitt 809 vorgesehen. Da das Gehäuse 805, die erste Grundplatte 811 und die zweite Grundplatte 821 geschweißt sind, wird verhindert, dass das Dichtharz Feuchtigkeit wegen Kühlmittel absorbiert, so dass eine hohe Zuverlässigkeit aufrechterhalten werden kann.
  • 9(a) ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Entfernung zwischen einer ersten Grundplatte 811 und einer zweiten Grundplatte 821 kann durch einen Entfernungsregulierungsabschnitt 207 ständig beibehalten werden.
  • Der Entfernungsregulierungsabschnitt 207 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus einer ersten Isolation 812, aus einem Abstandshalter 805d, der von einem Teil eines Gehäuses 805 ausgeht, aus einem leitfähigen Abschnitt 823e, der bei einer zweiten Isolation 822 gebildet ist, und aus der zweiten Isolation 822 gebildet. Der leitfähige Abschnitt 823e steht näher zu der ersten Isolation 812 als z. B. ein anderer leitfähiger Abschnitt 823a vor.
  • 9(b) ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer nochmals anderen Ausführungsform. Die Entfernung zwischen einer ersten Grundplatte 811 und einer zweiten Grundplatte 821 kann durch einen Entfernungsregulierungsabschnitt 307 ständig beibehalten werden.
  • Der Entfernungsregulierungsabschnitt 307 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus einer ersten Isolation 812, aus einem leitfähigen Abschnitt 813f, der bei der ersten Isolation 812 gebildet ist, aus einem Gleichstromanschluss 315B, aus einem leitfähigen Abschnitt 823f, der bei einer zweiten Isolation 822 gebildet ist, und aus der zweiten Isolation 822 gebildet. Es wird angemerkt, dass anstelle des Gleichstromanschlusses 315B ein Anschluss wie etwa ein Gleichstromanschluss 319B oder ein Wechselstromanschluss 320B vorgesehen sein kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform fungiert der Anschluss als Teil des Entfernungsregulierungsabschnitts 307, so dass eine Erhöhung der Anzahl der Komponenten und eine Erhöhung der Größe der Vorrichtung verhindert werden können.
  • 9(c) ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer abermals anderen Ausführungsform. Die Entfernung zwischen einer ersten Grundplatte 811 und einer zweiten Grundplatte 821 kann durch einen Entfernungsregulierungsabschnitt 407 ständig beibehalten werden.
  • Der Entfernungsregulierungsabschnitt 407 ist aus einem ersten Vorsprung 811a, der von der ersten Grundplatte 811 vorsteht, und aus einem zweiten Vorsprung 821a, der von der zweiten Grundplatte 821 vorsteht, gebildet. Der erste Vorsprung 811a kann mit der ersten Grundplatte 811 einteilig gebildet sein. Der zweite Vorsprung 821a kann mit der zweiten Grundplatte 821 einteilig gebildet sein. Die Verringerung der Anzahl der Elemente in dem Entfernungsregulierungsabschnitt 407 ermöglicht eine Verringerung der Dimensionstoleranz oder eine Verbesserung der Zuverlässigkeit gegen Zerstörung wie etwa einen Riss.
  • 10 ist ein Stromlaufplan irgendeiner der in 1 bis 9 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtungen.
  • Der Gleichstromanschluss 315B ist von der Kollektorseite der Schaltung des oberen Zweigs herausgeführt und soll mit der Seite der positiven Elektrode einer Batterie oder eines Kondensators verbunden werden. Der Signalanschluss 325U ist von dem Gate und von der Emittermessung des IGBT 155 in der Schaltung des oberen Zweigs herausgeführt.
  • Der Gleichstromanschluss 319B ist von der Emitterseite der Schaltung des unteren Zweigs herausgeführt und soll mit der Seite der negativen Elektrode der Batterie oder des Kondensators oder mit GND verbunden werden. Der Signalanschluss 325L ist von dem Gate und von der Emittermessung des IGBT 157 der Schaltung des unteren Zweigs herausgeführt. Der Wechselstromanschluss 320B ist von der Kollektorseite der Schaltung des unteren Zweigs herausgeführt und soll mit einem Motor verbunden werden. Falls eine neutrale Erdung vorgenommen wird, soll die Schaltung des unteren Zweigs anstatt mit GND mit der Seite der negativen Elektrode des Kondensators verbunden werden.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine 2-in-1-Struktur auf, in der zwei Zweigschaltungen der Schaltung des oberen Zweigs und der Schaltung des unteren Zweigs zu einem Modul integriert sind. Die Verwendung einer 3-in-1-Struktur, einer 4-in-1-Struktur oder einer 6-in-1-Struktur anstelle der 2-in-1-Struktur ermöglicht die Miniaturisierung mit Verringerung der Anzahl der Ausgangsanschlüsse von der Leistungshalbleitervorrichtung.
  • 11 ist eine perspektivische Schnittansicht einer Leistungsumsetzungseinrichtung 200, die mit Leistungshalbleitervorrichtungen 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestückt ist.
  • Das äußere Aussehen der Leistungsumsetzungseinrichtung 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus einer Hülle 12 mit einer oberen Fläche oder mit einer unteren Fläche, die im Wesentlichen rechteckig sind, einem oberen Gehäuse 10, das bei dem Außenumfang an einer kurzen Seite der Hülle 12 vorgesehen ist, und einem unteren Gehäuse 16 zum Bedecken einer unteren Öffnung der Hülle 12 gebildet.
  • Jede Leistungshalbleitervorrichtung 300 ist in einer Struktur eingebaut, die die Hülle 12 und eine Strömungskanalbildung 100 enthält, was zur Bildung eines Strömungskanals führt. Nach Einführung jeder Leistungshalbleitervorrichtung 300 wird im Inneren ein gestapelter Elektrodenleiterrahmen 700 montiert. Daraufhin werden der Wechselstromanschluss 320B und der gestapelte Elektrodenleiterrahmen zusammengeschweißt.
  • Nachfolgend werden innen eine Steuerschaltung 172 und eine Treiberschaltung 174, die mit Montagekomponenten bestückt sind, zusammengesetzt, was z. B. zur Verbindung mit dem Signalanschluss 325U führt. Die Gleichstromanschlüsse, die sich in dem unteren Abschnitt jeder Leistungshalbleitervorrichtung 300 befinden, werden an ein Kondensatormodul 500 geschweißt. Danach werden das untere Gehäuse 16 und das obere Gehäuse 10 bestückt. Der Einbau der Steuerschaltung in dem oberen Abschnitt und des Kondensatormoduls in dem unteren Abschnitt mit den nahe angeordneten Leistungshalbleitervorrichtungen 300 ermöglicht eine kompakte Anordnung und Miniaturisierung. Jeder der Dichtungsabschnitte 800 und 801 jeder Leistungshalbleitervorrichtung 300 ist mit einem elastischen Körper wie etwa einem O-Ring versehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    oberes Gehäuse
    12
    Hülle
    16
    unteres Gehäuse
    155A
    IGBT
    155B
    IGBT
    156A
    Diode
    156B
    Diode
    157A
    IGBT
    157B
    IGBT
    158A
    Diode
    158B
    Diode
    200
    Leistungsumsetzungseinrichtung
    207
    Entfernungsregulierungsabschnitt
    300
    Leistungshalbleitervorrichtung
    307
    Entfernungsregulierungsabschnitt
    315B
    Gleichstromanschluss
    319B
    Gleichstromanschluss
    320B
    Wechselstromanschluss
    325L
    Signalanschluss
    325U
    Signalanschluss
    325S
    Signalanschluss
    800
    Abdichtabschnitt
    801
    Abdichtabschnitt
    804
    Leistungshalbleiterelement
    805
    Gehäuse
    805a bis 805c
    Durchgangsloch
    805d
    Abstandshalter
    806
    gebogener Abschnitt
    807a bis 807f
    Entfernungsregulierungsabschnitt
    809
    geschweißter Abschnitt
    810
    Substrat der Kollektorseite
    811
    erste Grundplatte
    811a
    erster Vorsprung
    812
    erste Isolation
    813
    leitfähiger Abschnitt
    813a
    leitfähiger Abschnitt
    813b
    leitfähiger Abschnitt
    813c
    leitfähiger Abschnitt
    813d
    leitfähiger Abschnitt
    813e
    leitfähiger Abschnitt
    813f
    leitfähiger Abschnitt
    820
    Substrat der Emitterseite
    821
    zweite Grundplatte
    821a
    zweiter Vorsprung
    822
    zweite Isolation
    823
    leitfähiger Abschnitt
    823a
    leitfähiger Abschnitt
    823b
    leitfähiger Abschnitt
    823c
    erster Vorsprung
    823d
    zweiter Vorsprung
    823e
    leitfähiger Abschnitt
    823f
    leitfähiger Abschnitt
    830
    Steg
    831
    Steg
    832
    Steg
    840
    AI-Draht
    841
    Verbindungselement
    850
    Dichtharz
    860
    Grundplatte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2011233606 A [0003]

Claims (5)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Schaltungskörper, der ein Halbleiterelement und einen leitfähigen Abschnitt enthält; eine erste Isolation und eine zweite Isolation, die einander gegenüberliegen, wobei der Schaltungskörper zwischen der ersten Isolation und der zweiten Isolation eingefügt ist; eine erste Grundplatte und eine zweite Grundplatte, die einander gegenüberliegen, wobei der Schaltungskörper, die erste Isolation und die zweite Isolation zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte eingefügt sind; ein Gehäuse mit einem ersten Öffnungsabschnitt, der mit der ersten Grundplatte bedeckt ist, und mit einem zweiten Öffnungsabschnitt, der mit der zweiten Grundplatte bedeckt ist; und einen Entfernungsregulierungsabschnitt, der in dem Raum zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte vorgesehen ist, wobei der Entfernungsregulierungsabschnitt eine Entfernung zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte in Kontakt mit der ersten Grundplatte und mit der zweiten Grundplatte reguliert.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Isolation bzw. die zweite Isolation Keramiksubstrate sind und der Entfernungsregulierungsabschnitt aus den Keramiksubstraten vorsteht.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung Folgendes aufweist: einen ersten Vorsprung, der bei der ersten Grundplatte gebildet ist, wobei der erste Vorsprung zu der zweiten Grundplatte vorsteht; und einen zweiten Vorsprung, der bei der zweiten Grundplatte gebildet, ist, wobei der zweite Vorsprung zu der ersten Grundplatte vorsteht, und wobei der erste Vorsprung die Entfernung zwischen der ersten Grundplatte und der zweiten Grundplatte in Kontakt mit dem zweiten Vorsprung reguliert.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, wobei die erste Grundplatte oder die zweite Grundplatte einen gebogenen Abschnitt aufweist, der zu einer Seite, auf der das Gehäuse angeordnet ist, verformt ist, wobei der gebogene Abschnitt mit dem Gehäuse in Verbindung steht.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Grundplatte oder die zweite Grundplatte ein Dichtharz aufweist, das in den Raum zwischen der ersten Grundplatte oder der zweiten Grundplatte und dem Gehäuse eingebettet ist.
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