DE112019006498T5

DE112019006498T5 - Stromrichtvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006498T5
Application number: DE112019006498.3T
Authority: DE
Inventors: Shinya Kimura
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: PANASONIC AUTOMOTIVE SYSTEMS CO., LTD., YOKOHA, JP
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-11-11
Also published as: US11855528B2; WO2020137721A1; JP7233014B2; JPWO2020137721A1; US20230421057A1; CN113228482A; JP7429935B2; US20220061186A1; CN113228482B; JP2023053053A

Abstract

Vorgesehen ist eine Stromrichtvorrichtung, umfassend: ein Halbleiterbauteil (10) für die Leistungsumwandlung; ein Wärmeübertragungselement (40), an dem das Halbleiterbauteil (10) so befestigt ist, dass es mit einer Wärmeableitungsfläche (10b) thermisch verbunden ist, die auf mindestens einer Fläche des Halbleiterbauteils (10) ausgebildet ist; und ein Gehäuse (30), das einen Aufnahmeraum zum Unterbringen des Halbleiterbauteils (10) und des Wärmeübertragungselements (40) aufweist, wobei das Gehäuse (30) einen Wärmeableitungswandteil (30U) enthält, der zu einem Kühlmittel außerhalb des Aufnahmeraums weist, ein Passteil (31), der zu dem Wärmeübertragungselement (40) passt, im Aufnahmeraum des Wärmeableitungswandteils (30U) ausgebildet ist, eine Fläche, an der der Passteil (31) und das Wärmeübertragungselement (40) miteinander in Kontakt stehen, größer ist als eine Flächengröße der Wärmeableitungsfläche (10b) des Halbleiterbauteils (10), und eine eingenommene Fläche des Passteils (31) in einer Draufsicht kleiner ist als eine Flächengröße einer Fläche, auf der die Wärmeableitungsfläche (10b) des Halbleiterbauteils (10) ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Stromrichtvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Herkömmlich ist eine Stromrichtvorrichtung bekannt, die in einem Elektrofahrzeug, einem Eisenbahnfahrzeug oder dergleichen montiert ist (z.B. eine Gleichspannungsumrichtervorrichtung, eine Wechselrichtervorrichtung, eine Ladevorrichtung und dergleichen) (siehe z.B. die Patentschrift 1).
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur
Patenschrift 1
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-23280
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Indessen ergab sich für diese Art von Stromrichtvorrichtung ein wachsender Miniaturisierungsbedarf, und demgemäß wurde die Platzersparnis für die Bauteilanordnung in der Stromrichtvorrichtung zu einem Ziel.
Hinsichtlich dieses Hintergrunds wurde in Betracht gezogen, ein Leistungshalbleitermodul, das ein derartiges Bauteil der Stromrichtvorrichtung ist, in einem Gehäuse der Stromrichtvorrichtung so unterzubringen, dass sich das Leistungshalbleitermodul in einem vertikal angeordneten Zustand befindet. (Der vertikal angeordnete Zustand stellt einen Zustand dar, in dem das Leistungshalbleitermodul so angeordnet ist, dass die Längsrichtung des Leistungshalbleitermoduls rechtwinklig zur unteren Fläche des Gehäuses steht; dasselbe soll im Folgenden gelten.)
Jedoch erzeugt das in dieser Art von Stromrichtvorrichtung verwendete Leistungshalbleitermodul eine große Menge Wärme. Somit ist es angesichts eines Aspekts, wie das Leistungshalbleitermodul angeordnet ist, notwendig, auch die Wärmeableitungsmaßnahmen für Wärme von dem Leistungshalbleitermodul zu betrachten. In dieser Hinsicht ist, wenn das Leistungshalbleitermodul ohne jeden Kunstgriff vertikal angeordnet ist, die Flächengröße der Seitenflächen des Leistungshalbleitermoduls verringert, die mit dem Gehäuse in Kontakt stehen können. Somit kann es unmöglich sein, eine Wärmableitungskapazität für Wärme von dem Leistungshalbleitermodul ausreichend sicherzustellen.
Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht der obigen Aufgabe entwickelt und zielt darauf, eine Stromrichtvorrichtung zu schaffen, die eine Anordnung ermöglicht, bei der ein Leistungshalbleitermodul vertikal angeordnet ist, und die in der Lage ist, eine Wärmableitungskapazität für Wärme von dem Leistungshalbleitermodul ausreichend sicherzustellen.
Lösung der Aufgabe
Hauptsächlich ist die vorliegende Offenbarung, die die obige Aufgabe löst, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, enthaltend:

ein Halbleiterbauteil für die Leistungsumwandlung;
ein Wärmeübertragungselement, an dem das Halbleiterbauteil so befestigt ist, dass das Wärmeübertragungselement mit einer Wärmeableitungsfläche thermisch verbunden ist, die auf mindestens einer Fläche des Halbleiterbauteils ausgebildet ist; und
ein Gehäuse mit einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen des Halbleiterbauteils und des Wärmeübertragungselements, wobei
das Gehäuse einen Wärmeableitungswandbereich enthält, der zu einem Kühlmittel an einer Außenseite des Aufnahmeraums weist,
ein Passbereich, der zu dem Wärmeübertragungselement passt, auf dem Wärmeableitungswandbereich an einer Innenseite des Aufnahmeraums ausgebildet ist,
eine Kontaktfläche zwischen dem Passbereich und dem Wärmeübertragungselement größer ist als eine Flächengröße der Wärmeableitungsfläche des Halbleiterbauteils, und
eine eingenommene Fläche des Passbereichs, gesehen in der Draufsicht, kleiner ist als eine Flächengröße der mindestens einen Fläche des Halbleiterbauteils, auf der die Wärmeableitungsfläche ausgebildet ist.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine Stromrichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht eine Anordnung, bei der ein Leistungshalbleitermodul vertikal angeordnet ist, und die in der Lage ist, eine Wärmableitungskapazität für Wärme von dem Leistungshalbleitermodul ausreichend sicherzustellen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Kühlkörperaufbau einer Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 darstellt;
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 darstellt;
3 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der Ausführungsform 1 darstellt;
4 ist eine seitliche Schnittansicht, die den Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 darstellt;
5 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Gesamtaufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 darstellt;
6A stellt einen Zusammenbauvorgang der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 dar;
6B stellt den Zusammenbauvorgang der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 dar;
6C stellt den Zusammenbauvorgang der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 dar;
6D stellt den Zusammenbauvorgang der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 dar;
7 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Aufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 darstellt;
8 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Aufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 darstellt;
9 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Aufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 darstellt; und
10 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Aufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der Ausführungsform 5 darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung genau beschrieben. Ferner sind in der vorliegenden Beschreibung und Zeichnung Bestandteile mit den im Wesentlichen gleichen Funktionen mit den gleichen Bezugssymbolen vorgesehen, und eine redundante Beschreibung davon ist weggelassen.
Anzumerken ist, dass die folgende Beschreibung erfolgt, indem die Richtung nach oben in den Figuren als „Richtung nach oben“ bezeichnet ist und die Richtung nach unten in den Figuren als „Richtung nach unten“ bezeichnet ist, um die Positionsbeziehung jeder Anordnung zu verdeutlichen. Jedoch schränken diese Richtungen die Stellung einer Stromrichtvorrichtung im Gebrauch nicht ein.
(Ausführungsform 1)
[Aufbau der Stromrichtvorrichtung]
Im Folgenden ist ein Aufbau der Stromrichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. Anzumerken ist, dass hier eine Beschreibung nur eines Kühlkörperaufbaus zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls dargelegt ist, das die Stromrichtvorrichtung enthält.
Die Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise bei einer Gleichspannungsumrichtervorrichtung, einer Wechselrichtervorrichtung, einer Ladevorrichtung und dergleichen verwendet, die in einem Fahrzeug montiert ist, wie etwa einem Elektrofahrzeug.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Kühlkörperaufbau einer Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die den Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. 3 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Leistungshalbleitermoduls 10 darstellt. 4 ist eine seitliche Schnittansicht, die den Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
Die Stromrichtvorrichtung 1 enthält das Leistungshalbleitermodul 10, eine Leiterplatte 20, ein Metallgehäuse 30 und eine Kühlkörperplatte 40.
Bei der Stromrichtvorrichtung 1 ist der Kühlkörperaufbau zum Kühlen des Leistungshalbleitermoduls 10 gebildet durch die Kühlkörperplatte 40, die das Leistungshalbleitermodul 10 hält, und einen Passbereich 31, in den die Kühlkörperplatte 40 eingepasst und daran befestigt ist, und der am Metallgehäuse 30 ausgebildet ist.
Das Leistungshalbleitermodul 10 ist ein Halbleiterbauteil für die Leistungsumwandlung, das beispielsweise als Schaltelement in einem Schaltkreisabschnitt der Stromrichtvorrichtung 1 funktioniert. Das Leistungshalbleitermodul 10 besteht beispielsweise aus vier Leistungshalbleitervorrichtungen (z.B. MOSFETs), die in einem Modul zusammengebaut sind. Das Leistungshalbleitermodul 10 enthält an seinem oberen Ende stiftartige Anschlüsse 10a für eine elektrische Verbindung mit einer Leiterplatte 20. Weiter enthält das Leistungshalbleitermodul 10 an mindestens einer seitlichen Seitenfläche eine Wärmeableitungsfläche 10b zum Ableiten von Wärme, die durch das Leistungshalbleitermodul erzeugt wird.
Das Leistungshalbleitermodul 10 wird in einem vertikal angeordneten Zustand durch die Kühlkörperplatte 40 so gehalten, dass die Anschlüsse 10a nach oben weisen und sich die Wärmeableitungsfläche 10b entlang der Oben-Unten-Richtung erstreckt. Anzumerken ist, dass das Leistungshalbleitermodul 10 an der Kühlkörperplatte 40 beispielsweise mit Schrauben 10T befestigt ist (die dem „Befestigungselement“ nach der vorliegenden Erfindung entsprechen). Somit kann, verglichen mit einem Fall, wo das Leistungshalbleitermodul 10 an der Kühlkörperplatte 40 nur mit einem Klebstoff befestigt ist, der Abstand (Spalt) zwischen dem Leistungshalbleitermodul 10 und der Kühlkörperplatte 40 verkürzt sein, was zu einer Verringerung des Wärmewiderstands (zum Erhöhen des Wärmeübertragungsvermögens) zwischen dem Leistungshalbleitermodul 10 und der Kühlkörperplatte 40 führt. Anzumerken ist, dass auch ein Aufbau verwendet werden kann, bei dem ein Wärmeableitfett (nicht dargestellt) zwischen das Leistungshalbleitermodul 10 und die Kühlkörperplatte 40 gebracht ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, den Wärmewiderstand zwischen dem Leistungshalbleitermodul 10 und der Kühlkörperplatte 40 weiter zu verringern (das Wärmeübertragungsvermögen zu erhöhen).
Weiter wird bei dem unten beschriebenen „Zusammenbauvorgang“ das Leistungshalbleitermodul 10 an der Kühlkörperplatte 40 befestigt, bevor die Kühlkörperplatte im Metallgehäuse 30 untergebracht wird. Es ist somit leicht möglich, den Abstand (Spalt) zwischen dem Leistungshalbleitermodul 10 und der Kühlkörperplatte 40 zu verkürzen.
Weiter ermöglicht es das Befestigen des Leistungshalbleitermoduls 10 an der Kühlkörperplatte 40 mit Schrauben 10T, die Möglichkeit zu verringern, dass sich das Leistungshalbleitermodul 10 von der Kühlkörperplatte 40 aufgrund von Vibrationen des Fahrzeugs löst. (Mit anderen Worten, die Vibrationsfestigkeit ist verbessert.)
Die Leiterplatte 20 ist eine Platte mit einem Schaltungsteil zum Umsetzen einer Leistungsumwandlungsfunktion der Stromrichtvorrichtung 1. Die Leiterplatte 20 ist oberhalb des Leistungshalbleitermoduls 10 so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu einem flachen Bereich 30Ua des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U des Metallgehäuses 30 erstreckt. (Der flache Bereich stellt einen Bereich des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U außer dem unten beschriebenen Passbereich 31 dar; dasselbe gilt im Folgenden.) Ferner ist die Leiterplatte 20 am oberen Ende der Kühlkörperplatte 40 mit Schrauben 20T befestigt.
Die Leiterplatte 20 ist so angeordnet, dass Anschlüsse 10a des Leistungshalbleitermoduls 10 von unten in Durchgangslöcher für elektrische Verbindung gesteckt sind, die in der Plattenfläche ausgebildet sind. Somit ist die Leiterplatte 20 mit dem Leistungshalbleitermodul 10 elektrisch verbunden.
Das Metallgehäuse 30 nimmt das Leistungshalbleitermodul 10, die Leiterplatte 20, die Kühlkörperplatte 40 und andere elektrische Bauteile auf, aus denen die Stromrichtvorrichtung 1 besteht. Um die aufzunehmenden elektrischen Bauteile vor Umgebungsfeuchtigkeit und dergleichen zu schützen, nimmt das Metallgehäuse 30 diese elektrischen Bauteile in einem versiegelten Zustand auf. (Der einfacheren Beschreibung halber ist in 1 und 2 nur ein Teil der Wandfläche dargestellt.) Das Metallgehäuse 30 ist beispielsweise aus einem Aluminiumelement im Wesentlichen in einer Quaderform ausgebildet. Anzumerken ist, dass das Metallgehäuse 30 unter Verwendung eines anderen Metallelements ausgebildet sein kann, wie etwa Kupfer oder Eisen. Weiter braucht das Gehäuse, obwohl bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform als Metallgehäuse 30 beschrieben, nicht aus Metall zu sein, solange das Gehäuse 30 ein Wärmeableitvermögen aufweist. Zum Beispiel kann das Gehäuse aus einem Polybutylenterephthalat-Kunststoff oder aus einem Polyphenylensulfid-Kunststoff bestehen.
Weiter weist das Metallgehäuse 30 einen Aufbau im Wesentlichen mit einer Quaderform auf, bei der der unterflächenseitige Wandbereich 30U und vier Seitenwände, die sich im Wesentlichen rechtwinklig vom Außenumfang des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U erstrecken, einstückig ausgebildet sind. Ein Deckel ist aufgesetzt, um eine offene obere Fläche des Metallgehäuses zum Schutz gegen Umgebungsfeuchtigkeit und dergleichen abzudecken. (Siehe 5.)
Mit diesem Aufbau dient der durch den unterflächenseitigen Wandbereich 30U, die vier Seitenwände und den Deckel bedeckte Raum als Aufnahmeraum zum Aufnehmen des Leistungshalbleitermoduls 10, der Leiterplatte 20, der Kühlkörperplatte 40 und dergleichen.
Anzumerken ist, dass die Höhe der mit dem unterflächenseitigen Wandbereich 30U einstückig ausgebildeten Seitenwände höher ist als die Höhe zu den Schrauben 10T, nachdem das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 aufgenommen und angeordnet ist (siehe 4 und 5). Das heißt, da die Seitenwände des Metallgehäuses 30 vorhanden sind, ist das Befestigen des Leistungshalbleitermoduls 10 mit den Schrauben 10T in der horizontalen Richtung, nachdem das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 aufgenommen und angeordnet ist, schwierig.
Daher ist bei der vorliegenden Anwendung eine Anordnung verwendet, bei der die Kühlkörperplatte 40 getrennt vorgesehen ist, die Kühlkörperplatte 40 im Metallgehäuse 30 angeordnet wird, nachdem das Leistungshalbleitermodul 10 an der Kühlkörperplatte 40 befestigt wurde, und die Kühlkörperplatte 40 am Metallgehäuse 30 (am Passbereich 31) mit Schrauben 40T von oben in der vertikalen Richtung befestigt werden kann.
Somit ist es sogar bei dem Metallgehäuse 30 im Wesentlichen mit einer Quaderform, die nur an der oberen Fläche offen ist, ermöglicht, das Leistungshalbleitermodul 10 an der Kühlkörperplatte 40 mit Schrauben 10T zu befestigen (d.h. den Abstand [Spalt] zu verkürzen, um das Wärmeübertragungsvermögen zu erhöhen) und das Leistungshalbleitermodul 10 am Metallgehäuse 30 mittels der Kühlkörperplatte 40 zu befestigen.
Anzumerken ist, dass das Verwenden des Metallgehäuses 30 mit der Anordnung, bei der der Deckel auf die im Wesentlichen Quaderform gesetzt ist, die nur an der oberen Fläche offen ist, es leichter macht, einen Eingangssteckverbinder oder einen Ausgangssteckverbinder der Stromrichtvorrichtung 1 in den Seitenwänden des Metallgehäuses 30 anzuordnen, als in einer Anordnung, bei der ein Deckel, der aus Seitenwänden und einer oberen Wand besteht, die einstückig gegossen sind, auf die nur aus einem unterflächenseitigen Wandbereich bestehende Form gesetzt wird.
Das Metallgehäuse 30 ist so angeordnet, dass es mit einem Kühlmittel (hier Kühlwasser) an der Außenseite des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U des Metallgehäuses in Kontakt steht. Durch das Leistungshalbleitermodul 10 erzeugte Wärme wird über den unterflächenseitigen Wandbereich 30U nach außen abgegeben.
Das Metallgehäuse 30 enthält in seinem unterflächenseitigen Wandbereich 30U einen Passbereich 31, in den die Kühlkörperplatte 40 eingepasst und daran befestigt ist, und der die Form mit Vertiefungen und Vorsprüngen aufweist. Der Passbereich 31 ist mit dem unterflächenseitigen Wandbereich 30U als Teil des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U einstückig ausgebildet. Die Kühlkörperplatte 40 ist in den Passbereich 31 in einem vertikal angeordneten Zustand eingepasst und daran befestigt. (Der vertikal angeordnete Zustand stellt einen Zustand dar, in dem sich die Kühlkörperplatte 40 entlang der Oben-Unten-Richtung erstreckt; dasselbe gilt im Folgenden).
Der Passbereich 31 ist so ausgelegt, dass er beispielsweise einen vorspringenden Bereich 31a, der vom flachen Bereich 30Ua des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U nach oben ragt, und einen Schlitzbereich 31b enthält, der sich entlang der Oben-Unten-Richtung vom oberen Ende des vorspringenden Bereichs 31a zum Inneren des vorspringenden Bereichs 31a erstreckt und so ausgelegt ist, dass die Kühlkörperplatte 40 in den Schlitzbereich steckbar ist.
Der Schlitzbereich 31b weist eine Form auf, die der Außenform der Kühlkörperplatte 40 (des Steckbereichs 40b) folgt. Hier ist der Schlitzbereich 31b so ausgebildet, dass die Kühlkörperplatte 40 in den Schlitzbereich entlang der Plattenfläche der Kühlkörperplatte 40 steckbar ist.
Ein Wärmeübertragungsmaterial 32 zum Erhöhen der Wärmekopplung zwischen der Kühlkörperplatte 40 (dem Steckbereich 40b) und dem Passbereich 31 ist im Schlitzbereich 31b angeordnet. Das Wärmeübertragungsmaterial 32 besteht typischerweise aus einem gelartigen Kunststoff, einem wärmehärtenden Kunststoff (z.B. einem Epoxidharz) oder dergleichen. Wenn das Wärmeübertragungsmaterial 32 aus einem Element mit Klebkraft besteht, wie etwa einem wärmehärtenden Kunststoff, kann die Wirkung erzielt sein, dass die Kühlkörperplatte 40 weiter befestigt sein kann. Jedoch kann ein Vergussmaterial als Material zum Erhöhen der Wärmekopplung zwischen der Kühlkörperplatte 40 (dem Steckbereich 40b) und dem Passbereich 31 verwendet sein.
Anzumerken ist, dass Schraubenlöcher 31c zum Befestigen mit Schrauben 40T in der oberen Fläche des Passbereichs 31 angeordnet sind.
Das Wärmeübertragungsmaterial 32 ist so angeordnet, dass es einen Spalt zwischen der Kühlkörperplatte 40 (dem Steckbereich 40b) und der Innenwand des vorspringenden Bereichs 31a füllt. Anzumerken ist, dass das Wärmeübertragungsmaterial 32 angeordnet wird, indem der Schlitzbereich 31b vorab mit dem Wärmeübertragungsmaterial in einem flüssigen Zustand gefüllt wird, sodass sich das Wärmeübertragungsmaterial verfestigt, nachdem die Kühlkörperplatte 40 in den Schlitzbereich 31b eingesetzt worden ist. Jedoch kann das Wärmeübertragungsmaterial 32 so ausgelegt sein, dass es das Innere des Passbereichs 31 in einem Zustand zusätzlich füllt, wo die Kühlkörperplatte 40 in den Schlitzbereich 31b eingesetzt ist. Anzumerken ist, dass das Wärmeübertragungsmaterial 32 ein zu einem solchen Ausmaß halbverfestigtes Material sein kann, dass keine Flüssigkeit austritt.
Die Kühlkörperplatte 40 ist ein Wärmeübertragungselement, das das Leistungshalbleitermodul 10 hält und das Leistungshalbleitermodul 10 kühlt, indem es durch das Leistungshalbleitermodul 10 erzeugte Wärme auf den unterflächenseitigen Wandbereich 30U überträgt. Die Kühlkörperplatte 40 weist beispielsweise eine Plattenform auf.
Die Kühlkörperplatte 40 enthält an der Oberseite ihrer Seitenfläche einen Anbringungsbereich 40a, an dem das Leistungshalbleitermodul 10 angebracht ist, und enthält an der Unterseite ihrer Seitenfläche einen Steckbereich 40b, der in den Passbereich 31 eingepasst wird.
Der Anbringungsbereich 40a weist eine ebene Form (hier eine flache Form) auf, die der ebenen Form der Wärmeableitungsfläche 10b des Leistungshalbleitermoduls 10 entspricht, und hält das Leistungshalbleitermodul 10, während er in Flächenkontakt mit der Wärmeableitungsfläche 10b des Leistungshalbleitermodul 10 steht (thermisch mit ihr verbunden ist). Hier hält der Anbringungsbereich 40a das Leistungshalbleitermodul 10 in dem vertikal angeordneten Zustand. Anzumerken ist, dass das Leistungshalbleitermodul 10 am Anbringungsbereich 40a mit Schrauben 10T befestigt ist.
Der Steckbereich 40b ist in den Passbereich 31 so eingepasst, dass die Kühlkörperplatte 40 in den vertikal angeordneten Zustand gebracht ist (d.h. sich in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung erstreckt). Genauer ist der Steckbereich 40b in den Schlitzbereich 31b des Metallgehäuses 30 entlang der Erstreckungsrichtung der Kühlkörperplatte 40 gesteckt. Ferner ist der Steckbereich 40b im Schlitzbereich 31b angeordnet, um in Kontakt mit der Innenwand des vorspringenden Bereichs 31a zu stehen, und ist mit dem vorspringenden Bereich 31a thermisch gekoppelt. Anzumerken ist, dass der Steckbereich 40b mit dem vorspringenden Bereich 31a im Schlitzbereich 31b nur über das Wärmeübertragungsmaterial 32 thermisch gekoppelt sein kann, ohne in Kontakt mit der Innenwand des vorspringenden Bereichs 31a zu stehen.
Weiter enthält die Kühlkörperplatte 40 Durchgangslöcher 40c, in die Schrauben 40T gesteckt sind. Die Durchgangslöcher 40c sind, gesehen in der Draufsicht, so angeordnet, dass sie sich mit Schraubenlöchern 31c des Passbereichs 31 überlappen. Die Schrauben 10T (die dem „Befestigungselement“ nach der vorliegenden Erfindung entsprechen) sind in Schraubenlöcher 31c des Passbereichs 31 von oberhalb der Kühlkörperplatte 40 durch die Durchgangslöcher 40c der Kühlkörperplatte 40 gesteckt und sind festgezogen und befestigt. Somit ist die Kühlkörperplatte 40 am Passbereich 31 befestigt.
Die Kühlkörperplatte 40 empfängt somit am Anbringungsbereich 40a die Übertragung von durch das Leistungshalbleitermodul 10 erzeugter Wärme und überträgt am Steckbereich 40b die Wärme auf den vorspringenden Bereich 31a des Metallgehäuses 30.
Anzumerken ist, dass die Formen der Kühlkörperplatte 40 und des Passbereichs 31 verschieden modifiziert werden können. Jedoch ist festgelegt, dass diese Formen die folgenden beiden Bedingungen erfüllen.
Die erste Bedingung ist, dass die Kontaktfläche zwischen dem Passbereich 31 und der Kühlkörperplatte 40 größer ist als die Flächengröße der Wärmeableitungsfläche 10b des Leistungshalbleitermoduls 10. Die zweite Bedingung ist, dass die eingenommene Fläche des Passbereichs 31, gesehen in der Draufsicht, (d.h. die durch den Passbereich 31 bezüglich des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U des Metallgehäuses 30 eingenommene Fläche) kleiner ist als die Flächengröße einer Fläche des Leistungshalbleitermoduls 10, auf der die Wärmeableitungsfläche 10b ausgebildet ist.
Wenn die Formen der Kühlkörperplatte 40 und des Passbereichs 31 ausgelegt sind, die erste Bedingung und die zweite Bedingung zu erfüllen, ist es möglich, eine Situation, wo ein zum Anordnen des Leistungshalbleitermoduls 10 erforderlicher Platz größer ist als in einem Fall, wo das Leistungshalbleitermodul 10 horizontal angeordnet ist, und/oder eine Situation zu vermeiden, wo die Wärmeabgaberate von Wärme vom Leistungshalbleitermodul 10 auf die Wärmeabgaberate am Kontaktbereich zwischen dem Passbereich 31 und der Kühlkörperplatte 40 beschränkt ist.
Anzumerken ist, dass es möglich ist, wenn die erste Bedingung und die zweite Bedingung erfüllt sind, den erforderlichen Platz (die eingenommene Fläche) des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U für die Wärmeableitung für das Leistungshalbleitermodul 10 (des Wärmeableitungswandbereichs des Metallgehäuses 30, der zum Kühlmittel auf der Außenseite des Aufnahmeraums weist) zu reduzieren. Es ist weiter vorzuziehen, dass die Gesamtfläche des Leistungshalbleitermoduls 10 und der Kühlkörperplatte 40, gesehen in der Draufsicht, kleiner ist als die Flächengröße einer Fläche des Leistungshalbleitermoduls 10, auf der die Wärmeableitungsfläche 10b ausgebildet ist.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, nicht nur die eingenommene Fläche des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U, sondern auch einen horizontal erforderlichen Platz (eine eingenommene Fläche) für die Wärmeableitung für das Leistungshalbleitermodul 10 zu reduzieren.
5 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen Gesamtaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
1, 2 und 4 stellen nur den Kühlkörperaufbau für ein einziges Leistungshalbleitermodul 10 dar; die Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nimmt eine Vielzahl von solchen Leistungshalbleitermodulen 10 auf. Bei jedem aus der Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen 10 ist derselbe Kühlkörperaufbau vorgesehen.
In 5 stellen A1, A2, A3 und A4 jeweils Leistungshalbleitermodule 10 und Kühlkörperaufbauten zum Kühlen von Leistungshalbleitermodulen 10 dar. Ferner stellen B1, B2 und B3 andere elektrische Bauteile dar (z.B. einen Kondensator, eine Spule und dergleichen), die in der Stromrichtvorrichtung 1 enthalten sind. Weiter stellt ein Bereich R einen Kühlmittelströmungspfad (hier einen Wasserströmungspfad) eines Kühlmittelstroms dar, der an der Außenseite des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U des Metallgehäuses 30 fließt. Anzumerken ist, dass das Kühlmittel nicht auf Kühlwasser beschränkt ist und auch Luft von einem Lüfter und/oder ein während der Fahrt erzeugter Wind sein kann.
Im Metallgehäuse 30 ist die Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen 10 unterhalb der Leiterplatte 20 in einem vertikal gesetzten Zustand angeordnet, wie in 5 dargestellt. Die Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen 10 ist mit der Leiterplatte 20 elektrisch verbunden.
Eine Vielzahl von Kühlkörperplatten 40 ist angeordnet, um jeweils eine Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen 10 zu halten, und eine Vielzahl von Passbereichen 31 ist auf dem unterflächenseitigen Wandbereich 30U so ausgebildet, dass die Vielzahl von Kühlkörperplatten 40 jeweils in die Vielzahl von Passbereichen 31 eingepasst und dort befestigt ist.
Das heißt, die Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen 10 ist jeweils durch die Kühlkörperaufbauten, die durch die Vielzahl von auf dem unterflächenseitigen Wandbereich 30U ausgebildeten Passbereichen 31 gebildet sind, und die Vielzahl von Kühlkörperplatten 40 gehalten.
Somit ist es möglich, Platz zu sparen für die Anordnung von Bauteilen im Metallgehäuse 30 durch ein Anordnen der Leistungshalbleitermodule 10 in einem vertikal gesetzten Zustand.
Anzumerken ist, dass die anderen elektrischen Bauteile (z.B. der Kondensator, die Spule und dergleichen) B1, B2 und B3, die im Metallgehäuse 30 untergebracht sind, ähnlich wie die Leistungshalbleitermodule 10 unterhalb der Leiterplatte 20 angeordnet sind. Diese elektrischen Bauteile B1, B2 und B3 erstrecken sich zu einer höheren Position als der Position der oberen Enden der Passbereiche 31.
[Wärmeübertragungspfad im Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung]
Hier ist mit Bezugnahme auf 4 ein Wärmeübertragungspfad in jedem der Kühlkörperaufbauten der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Anzumerken ist, dass der Pfeil „Wärme“ in 4 einen Wärmestrom (Strom der Wärme) von Wärme darstellt, die durch das Leistungshalbleitermodul 10 erzeugt ist.
Zuerst wird die durch das Leistungshalbleitermodul 10 erzeugte Wärme auf den Anbringungsbereich 40a der Kühlkörperplatte 40 mittels der Wärmeableitungsfläche 10b des Leistungshalbleitermoduls 10 übertragen. Dann wird die auf den Anbringungsbereich 40a der Kühlkörperplatte 40 übertragene Wärme auf den Passbereich 31 des Metallgehäuses 30 über den Steckbereich 40b der Kühlkörperplatte 40 (und das Wärmeübertragungsmaterial 32) übertragen. Dann wird die auf den Passbereich 31 des Metallgehäuses 30 übertragene Wärme an das Kühlmittel an der Außenseite des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U des Metallgehäuses 30 abgegeben.
Hier weist der Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Anordnung auf, bei der sich der Kontaktbereich zwischen dem Anbringungsbereich 40a der Kühlkörperplatte 40 und der Wärmeableitungsfläche 10b des Leistungshalbleitermoduls 10 entlang der Oben-Unten-Richtung erstreckt und sich der Kontaktbereich zwischen dem Steckbereich 40b der Kühlkörperplatte 40 und dem Passbereich 31 entlang der Oben-Unten-Richtung erstreckt. Somit ist es möglich, Wärmeableitpfade an den Bereichen zwischen den Elementen ausreichend sicherzustellen, sodass der Wärmewiderstand zwischen den Elementen reduziert ist.
Ferner ist bei dem Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Passbereich 31 als ein Teil des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U ausgebildet. Somit ist, verglichen mit einem Fall, wo der Passbereich 31 und der unterflächenseitige Wandbereich 30U getrennt ausgebildet und aneinander befestigt sind, der Wärmewiderstand zwischen dem Passbereich 31 und dem unterflächenseitigen Wandbereich 30U verringert, und Wärme kann glatt vom Passbereich 31 auf das Kühlmittel übertragen werden, das sich außerhalb des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U befindet.
[Zusammenbauvorgang der Umrichtervorrichtung]
Im Folgenden ist unter Bezugnahme auf 6A bis 6D ein Beispiel eines Zusammenbauvorgangs zum Aufnehmen des Leistungshalbleitermoduls 10 im Metallgehäuse 30 bei einem Fertigungsvorgang der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
6A bis 6D stellen den Zusammenbauvorgang der Umrichtervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. 6A, 6B, 6C und 6D stellen die Zustände der Bestandteile in chronologischer Reihenfolge dar. Anzumerken ist, dass bei der vorliegenden Ausführungsform das Leistungshalbleitermodul 10 an der Innenseite der Stromrichtvorrichtung 1 unter Verwendung einer automatischen Zuführvorrichtung angebracht wird.
Zuerst bringt die automatische Zuführvorrichtung das Leistungshalbleitermodul 10 am Anbringungsbereich 40a der Kühlkörperplatte 40 unter Verwendung von Schrauben 10T an (siehe 6A).
Als Nächstes bringt die automatische Zuführvorrichtung die Leiterplatte 20 am oberen Endbereich der Kühlkörperplatte 40 unter Verwendung von Schrauben 20T an (siehe 6B).
Als Nächstes setzt die automatische Zuführvorrichtung die Anschlüsse des Leistungshalbleitermoduls 10 in die in der Leiterplatte 20 ausgebildeten Durchgangslöcher, um sie durch eine Lötverbindung elektrisch zu verbinden (siehe 6C).
Als Nächstes steckt die automatische Zuführvorrichtung den Steckbereich 40b der Kühlkörperplatte 40 in den Passbereich 31 des Metallgehäuses 30 (Schlitzbereich 31b) nach einem Einspritzen von flüssigem Wärmeübertragungsmaterial 32 (hier wärmehärtendem Kunststoff) in den Passbereich 31 des Metallgehäuses 30 (Schlitzbereich 31b) (siehe 6D). Dann befestigt die automatische Zuführvorrichtung die Kühlkörperplatte 40 am Passbereich 31 des Metallgehäuses 30 unter Verwendung von Schrauben 40T. Dann wird das Wärmeübertragungsmaterial 32 thermisch ausgehärtet.
Durch den oben beschriebenen Vorgang kann das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 untergebracht werden. Anzumerken ist, dass das Befestigen der Kühlkörperplatte 40 und des Passbereichs 31 aneinander mit Schrauben 40T die Kühlkörperplatte 40 und das Leistungshalbleitermodul 10 am Metallgehäuse 30 befestigt und die Stellung der Kühlkörperplatte 40 festlegt.
Anzumerken ist, dass bei dem Fertigungsvorgang der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Arbeit des Einsetzens der Schrauben 10T, 20T, 40T oder dergleichen zum Befestigen der Elemente in einer Richtung parallel zum unterflächenseitigen Wandbereich 30U des Metallgehäuses 30 nicht erforderlich ist. Daher besteht keine Möglichkeit, dass eine Befestigungsarbeitsgang durch einen Seitenwandbereich des Metallgehäuses 30 behindert wird, wenn das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 befestigt wird. Unter diesem Gesichtspunkt trägt die Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch zur Effizienzverbesserung des Fertigungsvorgangs bei.
[Wirkung]
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 in einem vertikal angeordneten Zustand unterzubringen, während die Wärmableitungskapazität für Wärme vom Leistungshalbleitermodul 10 ausreichend sichergestellt ist. Es ist somit möglich, gleichzeitig die Verbesserung der Kühlkapazität des Leistungshalbleitermoduls 10 und die Platzersparnis zum Anordnen der Bauteile im Metallgehäuse 30 zu erzielen.
(Ausführungsform 2)
Als Nächstes ist mit Bezugnahme auf 7 ein Aufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform 2 beschrieben. 7 ist eine seitliche Schnittansicht, die den Aufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 2 darstellt.
Ein Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen der Ausführungsform 1 in einer Passstruktur zwischen der Kühlkörperplatte 40 und dem Passbereich 31 des Metallgehäuses 30. Anzumerken ist, dass die Beschreibungen der den Ausführungsformen 1 und 2 gemeinsamen Bestandteile weggelassen sind. (Dasselbe gilt im Folgenden für andere Ausführungsformen).
In der Kühlkörperplatte 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Steckbereich 40b durch eine Vielzahl von Vorsprüngen (hier drei Vorsprüngen) gebildet. Weiter enthält der Passbereich 31 eine Vielzahl von Schlitzbereichen 31b (hier drei Schlitzbereichen 31b), die jeweils der Vielzahl von Vorsprüngen des Steckbereichs 40b der Kühlkörperplatte 40 entsprechen.
Bei der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem solchen Aufbau ist die Vielzahl von Vorsprüngen des Steckbereichs 40b der Kühlkörperplatte 40 so angeordnet, dass sie jeweils in die Vielzahl von Schlitzbereichen 31b des Passbereichs 31 zu stecken sind.
Ein solcher Aufbau ermöglicht es, die Kontaktfläche zwischen der Kühlkörperplatte 40 und dem Passbereich 31 weiter zu erhöhen, um den Wärmewiderstand bei der Wärmeübertragung von der Kühlkörperplatte 40 auf den Passbereich 31 weiter zu verringern.
(Ausführungsform 3)
Als Nächstes ist mit Bezugnahme auf 8 ein Aufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform 3 beschrieben. 8 ist eine seitliche Schnittansicht, die ein Beispiel des Aufbaus der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 3 darstellt.
Ein Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen der Ausführungsform 1 in einer Passstruktur zwischen der Kühlkörperplatte 40 und dem Passbereich 31.
Die Kühlkörperplatte 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen Bereich auf, der auf einen Passbereich 31 (d.h. den Bereich der unteren Endseite der Kühlkörperplatte 40) mit einem gegabelten Aufbau aufzupassen ist. Weiter weist der Passbereich 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform (der vorspringende Bereich 31a) eine Form auf, die in den gegabelten Bereich der Kühlkörperplatte 40 passt.
Bei der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem solchen Aufbau ist der gegabelte Bereich der Kühlkörperplatte 40 so angeordnet, dass er den Passbereich 31 (vorspringenden Bereich 31a) außen dazwischen hält.
Ein solcher Aufbau ermöglicht es auch, das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 in einem vertikal angeordneten Zustand aufzunehmen, während die Wärmableitungskapazität für Wärme vom Leistungshalbleitermodul 10 ausreichend sichergestellt ist.
Anzumerken ist, dass es im Falle der Ausführungsform 3 möglich ist, den Spalt zwischen der Kühlkörperplatte 40 und dem Passbereich 31 mit Wärmeübertragungsmaterial 32 zu füllen, indem bei der Fertigung die Kühlkörperplatte 40 und das Metallgehäuse 30 umgedreht werden, der gegabelte Bereich der Kühlkörperplatte 40 mit Wärmeübertragungsmaterial 32 gefüllt wird und der Passbereich 31 auf den gegabelten Bereich aufgepasst wird. Ferner kann das Wärmeübertragungsmaterial 32 dazwischen gebracht werden, indem der gegabelte Bereich der Kühlkörperplatte 40 mit Wärmeübertragungsmaterial 32 gefüllt wird und der Passbereich 31 auf den gegabelten Bereich aufgepasst wird, nachdem das Wärmeübertragungsmaterial 32 einen halbfesten Zustand angenommen hat.
(Ausführungsform 4)
Als Nächstes ist mit Bezugnahme auf 9 ein Aufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform 4 beschrieben. 9 ist eine seitliche Schnittansicht, die den Aufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 4 darstellt.
Ein Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen der Ausführungsform 1 in einer Passstruktur zwischen der Kühlkörperplatte 40 und dem Passbereich 31.
Der vorspringende Bereich 31a des Passbereichs 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ausgelegt, von einem flachen Bereich 30Ua des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U nach unten zu ragen. Mit anderen Worten, auch der unterflächenseitige Wandbereich 30U selbst ragt nach unten zur Außenseite. Ein Schlitzbereich 31b, in den die Kühlkörperplatte 40 gesteckt ist, ist im vorspringenden Bereich 31a entlang der Oben-Unten-Richtung ausgebildet.
Bei der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem solchen Aufbau ist die Kühlkörperplatte 40 so angeordnet, dass sie in den Schlitzbereich 31b gesteckt ist, ähnlich wie bei der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 1.
Ein solcher Aufbau ermöglicht es auch, das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 in einem vertikal angeordneten Zustand aufzunehmen, während die Wärmableitungskapazität für Wärme vom Leistungshalbleitermodul 10 ausreichend sichergestellt ist. Anzumerken ist, dass es gemäß dem Kühlkörperaufbau gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch möglich ist, die Kontaktfläche zwischen dem unterflächenseitigen Wandbereich 30U und dem Kühlmittel zu erhöhen, sodass die Kühlkapazität weiter verbessert ist.
(Ausführungsform 5)
Als Nächstes ist mit Bezugnahme auf 10 ein Aufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform 5 beschrieben. 10 ist eine seitliche Schnittansicht, die den Aufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform 5 darstellt.
Ein Kühlkörperaufbau der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von demjenigen der Ausführungsform 1 darin, dass der Kühlkörperaufbau bei der vorliegenden Ausführungsform ein Aufbau zum Kühlen des Leistungshalbleitermoduls 10 mit Wärmeableitungsflächen 10ba und 10bb auf beiden seitlichen Seitenflächen ist.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine erste Kühlkörperplatte 40A, angebracht an der Wärmeableitungsfläche 10ba auf einer Seite des Leistungshalbleitermoduls 10, und eine zweite Kühlkörperplatte 40B, angebracht an der Wärmeableitungsfläche 10bb auf der anderen Seite des Leistungshalbleitermoduls 10. Die erste Kühlkörperplatte 40A und die zweite Kühlkörperplatte 40B weisen denselben Aufbau auf wie die bei der Ausführungsform 1 beschriebene Kühlkörperplatte 40.
Weiter enthält der Passbereich 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen ersten Schlitzbereich 31ba, in den die erste Kühlkörperplatte 40A gesteckt ist, und einen zweiten Schlitzbereich 31bb, in den die zweite Kühlkörperplatte 40B gesteckt ist.
Bei der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem solchen Aufbau sind die erste Kühlkörperplatte 40A und die zweite Kühlkörperplatte 40B jeweils an Wärmeableitungsflächen 10ba und 10bb des Leistungshalbleitermoduls 10 angebracht, ist die erste Kühlkörperplatte 40A in den ersten Schlitzbereich 31ba gesteckt und ist die zweite Kühlkörperplatte 40B in den zweiten Schlitzbereich 31bb gesteckt. Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, den Wärmeableitpfad für Wärme vom Leistungshalbleitermodul 10 zu verdoppeln.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Stromrichtvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Wärmableitungskapazität für Wärme vom Leistungshalbleitermodul 10 weiter zu erhöhen.
Während oben konkrete Beispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben sind, sind diese Beispiele lediglich Beispiele und schränken den Umfang der angefügten Ansprüche nicht ein. Die im Geltungsbereich der angefügten Ansprüche offenbarten Techniken schließen verschiedene Modifikationen und Änderung der oben beispielhaft dargestellten konkreten Beispiele ein.
Zum Beispiel ist das Beispiel beschrieben, bei dem die Höhe der Seitenwände des Metallgehäuses 30 höher ist als die Höhe zu den Schrauben 10T, nachdem des Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 aufgenommen und angeordnet ist; aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt, und die Höhe der Seitenwände kann niedriger sein als die Höhe zu den Schrauben 10T.
Dies deshalb, weil sogar wenn eine Stromrichtvorrichtung die Seitenwände des Metallgehäuses 30 mit einer niedrigeren Höhe als der Höhe zu den Schrauben 10T enthält, eine solche Stromrichtvorrichtung das folgende ähnliche Problem aufweist: Wenn die Stromrichtvorrichtung um das Leistungshalbleitermodul 10 Bauteile (z.B. einen Transformator und/oder einen Kondensator) mit einer höheren Höhe als der Höhe zu den Schrauben 10T enthält, ist es schwierig, das Leistungshalbleitermodul mit Schrauben 10T in der horizontalen Richtung zu befestigen, nachdem des Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 aufgenommen und angeordnet ist. (Siehe 5.)
Das heißt, die Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden merklich auf einen Aufbau oder eine Bauteilanordnung des Metallgehäuses 30 ausgeübt, bei dem/der es schwierig ist, das Leistungshalbleitermodul 10 mit den Schrauben 10T in der horizontalen Richtung zu befestigen, nachdem das Leistungshalbleitermodul 10 im Metallgehäuse 30 aufgenommen und angeordnet ist.
Weiter ist die obige Ausführungsform bezüglich des Beispiels beschrieben, bei dem der unterflächenseitige Wandbereich 30U des Metallgehäuses 30 die Wärmeableitungsfläche ist (außen in Kontakt mit dem Kühlmittel steht), und der Passbereich 31 somit als Teil des unterflächenseitigen Wandbereichs 30U ausgebildet ist, aber der Passbereich 31 kann auf einem anderen Wandbereich als dem unterflächenseitigen Wandbereich 30U ausgebildet sein.
Wenn beispielsweise die obere Wand außen in Kontakt mit dem Kühlmittel in einem Fall steht, wo das Metallgehäuse 30 so gestaltet ist, dass ein Deckel, der einstückig geformt aus den Seitenwänden und der oberen Wand besteht, auf die Form gesetzt ist, die nur aus einem unterflächenseitigen Wandbereich besteht, kann der Passbereich 31 als ein Teil der oberen Wand ausgebildet sein.
Das heißt, die vorliegende Erfindung ist auf einen beliebigen Aufbau anwendbar, bei dem in einem Aufnahmeraum eines Gehäuses der Passbereich als ein Teil eines Wandbereichs (Wärmeableitungswandbereichs) ausgebildet ist, der zu einem Kühlmittel an der Außenseite des Aufnahmeraums des Gehäuses weist.
Diese Anmeldung ist berechtigt zu und beansprucht den Nutzen der japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-242430 vom 26. Dezember 2018, deren Offenbarung einschließlich der Beschreibung, der Zeichnung und der Zusammenfassung hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Eine Stromrichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht eine Anordnung, bei der ein Leistungshalbleitermodul vertikal angeordnet ist, und die in der Lage ist, eine Wärmableitungskapazität für Wärme von dem Leistungshalbleitermodul ausreichend sicherzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Stromrichtvorrichtung
10: Leistungshalbleitermodul (Halbleiterbauteil)
10a: Anschluss
10b, 10ba, 10bb: Wärmeableitfläche
20: Leiterplatte
30: Metallgehäuse
30U: Unterflächenseitiger Wandbereich
30Ua: Flacher Bereich
31: Passbereich
31a: Vorspringender Bereich
31b, 31ba, 31bb: Schlitzbereich
31c: Schraubenloch
32: Klebstoff (Wärmeübertragungsmaterial)
40, 40A, 40B: Kühlkörperplatte (Wärmeübertragungselement)
40a: Anbringungsbereich
40b: Steckbereich
40c: Durchgangsloch
10T, 20T, 40T: Schraube (Befestigungselement)

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 2018242430 [0098]

Claims

Stromrichtvorrichtung, umfassend: ein Halbleiterbauteil für die Leistungsumwandlung; ein Wärmeübertragungselement, an dem das Halbleiterbauteil so befestigt ist, dass das Wärmeübertragungselement mit einer Wärmeableitungsfläche thermisch verbunden ist, die auf mindestens einer Fläche des Halbleiterbauteils ausgebildet ist; und ein Gehäuse mit einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen des Halbleiterbauteils und des Wärmeübertragungselements, wobei das Gehäuse einen Wärmeableitungswandbereich enthält, der zu einem Kühlmittel an einer Außenseite des Aufnahmeraums weist, ein Passbereich, der zu dem Wärmeübertragungselement passt, auf dem Wärmeableitungswandbereich an einer Innenseite des Aufnahmeraums ausgebildet ist, eine Kontaktfläche zwischen dem Passbereich und dem Wärmeübertragungselement größer ist als eine Flächengröße der Wärmeableitungsfläche des Halbleiterbauteils, und eine eingenommene Fläche des Passbereichs, gesehen in der Draufsicht, kleiner ist als eine Flächengröße der mindestens einen Fläche des Halbleiterbauteils, auf der die Wärmeableitungsfläche ausgebildet ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Wärmeableitungswandbereich des Metallgehäuses außen in Kontakt mit einem Kühlwasser steht.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement eine Plattenform aufweist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Passbereich einen vorspringenden Bereich, der von einem flachen Bereich des Wärmeableitungswandbereichs nach oben ragt, und einen Schlitzbereich enthält, der sich im vorspringenden Bereich entlang einer Oben-Unten-Richtung erstreckt und so ausgelegt ist, dass das Wärmeübertragungselement in den Schlitzbereich steckbar ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Passbereich einen vorspringenden Bereich, der von einem flachen Bereich des Wärmeableitungswandbereichs nach unten ragt, und einen Schlitzbereich enthält, der sich im vorspringenden Bereich entlang einer Oben-Unten-Richtung erstreckt und so ausgelegt ist, dass das Wärmeübertragungselement in den Schlitzbereich steckbar ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement mit dem Passbereich im Passbereich zumindest teilweise über ein Wärmeübertragungsmaterial thermisch gekoppelt ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauteil mit einer Leiterplatte über einen Anschluss elektrisch verbunden ist, der an einem oberen Ende des Halbleiterbauteils angeordnet ist, wobei die Leiterplatte oberhalb des Halbleiterbauteils so angeordnet ist, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu einem flachen Bereich des Wärmeableitungswandbereichs erstreckt.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Vielzahl der Halbleiterbauteile unterhalb der Leiterplatte angeordnet ist, eine Vielzahl der Wärmeübertragungselemente angeordnet ist, um jeweils die Vielzahl von Halbleiterbauteilen zu halten, und eine Vielzahl der Passbereiche so ausgebildet ist, dass die Vielzahl von Wärmeübertragungselementen jeweils an die Vielzahl von Passbereichen angepasst und daran befestigt ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauteil ein Leistungshalbleitermodul ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Gesamtfläche des Halbleiterbauteils und des Wärmeübertragungselements, gesehen in der Draufsicht, kleiner ist als eine Flächengröße der einen Fläche des Halbleiterbauteils, auf der die Wärmeableitungsfläche ausgebildet ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Passbereich eine Form mit einer Vertiefung und einem Vorsprung aufweist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauteil und das Wärmeübertragungselement in einem vertikal gesetzten Zustand angeordnet sind.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein Metallgehäuse ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse kastenförmig ist, und eine Höhe eines umlaufenden Wandbereichs des Gehäuses höher ist als eine Position eines oberen Endes des Halbleiterbauteils.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse ein weiteres elektrisches Bauteil aufnimmt als das Halbleiterbauteil, wobei sich das elektrische Bauteil zu einer höheren Position erstreckt als einer Position eines oberen Endes des Passbereichs.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterbauteil am Wärmeübertragungselement mit einem Befestigungselement befestigt ist.
Stromrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement am Passbereich mit einem Befestigungselement befestigt ist.