DE112020003598T5 - Elektrischer schaltungskörper, leistungsumsetzer und verfahren zur herstellung eines elektrischen schaltungskörpers - Google Patents

Elektrischer schaltungskörper, leistungsumsetzer und verfahren zur herstellung eines elektrischen schaltungskörpers Download PDF

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Nobutake Tsuyuno
Yujiro Kaneko
Akira Matsushita
Masahito Mochizuki
Eiichi Ide
Junpei Kusukawa
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Hitachi Astemo Ltd
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Abstract

Es wird ein lagenförmiges Glied 440 verwendet, das eine Harzisolierschicht 441 und eine Metallfolie 442 enthält. Das lagenförmige Glied 440 wird nach Durchbiegung oder Stufendifferenz in einer zweiten Leiterplatte 431 und einer vierten Leiterplatte 433 verformt, so dass die Dicke der Harzisolierschicht 441 auf eine konstante Dicke, z. B. 120 pm, die in der Lage ist, Isoliereigenschaften sicherzustellen, eingestellt werden kann. Durch plastisches Verformen eines Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage mit einer Dicke z. B. von 120 µm, das zwischen dem lagenförmigen Glied 440 und einem Kühlglied 340 aufgenommen ist, wird die Dicke des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage geändert, um die in der zweiten Leiterplatte 431 und in der vierten Leiterplatte 433 erzeugte Durchbiegung oder Stufendifferenz aufzunehmen. Dies führt im Vergleich zu einem Fall, dass die Leiterplatten allein über eine Isolierschicht mit dem Kühlglied 340 in Kontakt gebracht werden, zu einer beachtlichen Verbesserung der Wärmeableitung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltungskörper, einen Leistungsumsetzer und ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers.
  • Stand der Technik
  • Ein Leistungsumsetzer, der das Schalten eines Leistungshalbleiterelements verwendet, weist einen hohen Umsetzungswirkungsgrad auf und ist somit zur Verbraucherverwendung, zur Verwendung in Fahrzeugen, zur Schienenfahrzeugverwendung, zur Verwendung in Transformationsausrüstung und dergleichen umfassend verfügbar. Da dieses Leistungshalbleiterelement durch Speisung Wärme erzeugt, ist eine hohe Wärmeableitung erforderlich. Zum Beispiel wird für die Verwendung in Fahrzeugen zur Verringerung der Größe und des Gewichts eine Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad angenommen, die ein Wasserkühlungssystem verwendet. PTL 1 offenbart ein Leistungsmodul, in dem in einem IGBT oder in einer Diode erzeugte Wärme über eine Metallverbindung, ein Keramiksubstrat und eine Wärmeübertragungslage an einen Kühler übertragen wird.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2018-26370 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Das in PTL 1 beschriebene Leistungsmodul erfordert ein teures Keramiksubstrat.
  • Lösung des Problems
  • Der elektrische Schaltungskörper gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Schaltungskörper mit einem ersten Leistungshalbleiterelement, das zwischen einer ersten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und einer zweiten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon aufgenommen ist, ein Kühlglied, das an beiden Oberflächen des Schaltungskörpers angeordnet ist, ein lagenförmiges Glied, das wenigstens an der zweiten Leiterplatte angehaftet ist und wenigstens eine Harzisolierschicht aufweist, und ein Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage, das zwischen dem lagenförmigen Glied und dem Kühlglied in der Weise vorgesehen ist, dass es mit dem lagenförmigen Glied und mit dem Kühlglied in Kontakt steht.
  • In dem Verfahren zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers wird das erste Leistungshalbleiterelement zwischen der ersten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und der zweiten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon aufgenommen, wird das zweite Leistungshalbleiterelement zwischen der dritten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und der vierten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon aufgenommen, wird das lagenförmige Glied wenigstens mit der Harzisolierschicht an der zweiten Leiterplatte und an der vierten Leiterplatte angehaftet, um wenigstens die zweite Leiterplatte und die vierte Leiterplatte zu bedecken, wird das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage mit Gebieten mit unterschiedlichen Dicken entlang der Anordnungsrichtung des ersten Leistungshalbleiterelements und des zweiten Leistungshalbleiterelements an dem lagenförmigen Glied angehaftet und wird das Kühlglied mit dem Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage in engen Kontakt gebracht.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Wärmeableitung ohne Verwendung eines Keramiksubstrats verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht eines elektrischen Schaltungskörpers.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht des elektrischen Schaltungskörpers entlang der Linie X-X.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht des elektrischen Schaltungskörpers entlang der Linie Y-Y.
    • 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls entlang der Linie X-X.
    • 5(a) bis 5(e) sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers darstellen.
    • 6(f) bis 6(h) sind Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers darstellen.
    • 7(i) bis 7(j) sind Querschnittsansichten, die eine Abwandlung 1 des Verfahrens zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers darstellen.
    • 8(k) bis 8(n) sind Querschnittsansichten, die eine Abwandlung 2 des Verfahrens zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers darstellen.
    • 9 ist eine halbdurchlässige Draufsicht des Leistungsmoduls.
    • 10 ist ein Stromlaufplan, der ein Beispiel einer Schaltung des Leistungsmoduls darstellt.
    • 11 ist ein Stromlaufplan eines Leistungsumsetzers, der das Leistungsmodul verwendet.
    • 12 ist eine perspektivische Außenansicht, die ein Beispiel des Leistungsumsetzers darstellt.
    • 13 ist eine perspektivische Querschnittsansicht der Leistungsumsetzers entlang der Linie XV-XV.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen sind Beispiele zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung und sind soweit erforderlich zur Klarheit der Beschreibung weggelassen und vereinfacht. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden. Sofern nicht etwas anderes spezifiziert ist, kann die Anzahl jeder Komponente eine oder mehrere sein.
  • Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, können Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen der in den Zeichnungen dargestellten Komponenten nicht tatsächliche Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen darstellen. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht notwendig auf die Position, die Größe, die Form, den Bereich und dergleichen, die in den Zeichnungen offenbart sind, beschränkt.
  • 1 ist eine Draufsicht eines elektrischen Schaltungskörpers 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 2 ist eine Querschnittsansicht des elektrischen Schaltungskörpers 400 entlang der in 1 dargestellten Linie X-X. 3 ist eine Querschnittsansicht des elektrischen Schaltungskörpers 400 entlang der in 1 dargestellten Linie Y-Y.
  • Wie in 1 dargestellt ist, enthält der elektrische Schaltungskörper 400 drei Leistungsmodule 300 und ein Kühlglied 340. Das Leistungsmodul 300 besitzt eine Funktion zum Umsetzen von Gleichstrom und Wechselstrom unter Verwendung eines Halbleiterelements und erzeugt durch Speisung Wärme. Somit ist das Kühlglied 340 dafür konfiguriert, ein Kühlmittel durch Umwälzen des Kühlmittels durch es zu kühlen. Als das Kühlmittel ist Wasser, ein Frostschutzfluid, in dem Ethylenglycol mit Wasser gemischt ist, oder dergleichen verwendet. Es ist zu verstehen, dass das Kühlglied 340 eine Konfiguration aufweisen kann, in der auf einer Grundplatte des Kühlglieds 340 stiftförmige Kühlrippen aufrecht stehen. Außerdem kann das Kühlglied 340 an einer Kontaktfläche mit einem später zu beschreibenden Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage mit einer Unebenheit versehen sein, um in das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage einzugreifen.
  • Das Leistungsmodul 300 enthält Leistungsanschlüsse, durch die ein hoher Strom fließt, wie etwa einen Anschluss 315B auf der Seite der positiven Elektrode und einen Anschluss 319B auf der Seite der negativen Elektrode, die mit einem Kondensatormodul 500 (siehe die später beschriebene 11) einer Gleichstromschaltung verbunden sind, und einen Anschluss 320B auf der Wechselstromseite, der mit Motorgeneratoren 192 und 194 (siehe die später beschriebene 11) einer Wechselstromschaltung verbunden ist. Außerdem enthält das Leistungsmodul 300 Signalanschlüsse, die zum Steuern des Leistungsmoduls verwendet werden, wie etwa einen Gate-Signal-Anschluss 325L des unteren Zweigs, einen Spiegel-Emittersignal-Anschluss 325M, einen Kelvin-Emittersignal-Anschluss 325K, einen Gate-Signal-Anschluss 325U des oberen Zweigs, einen Spiegel-Emittersignal-Anschluss 325M und einen Kelvin-Emittersignal-Anschluss 325K.
  • Wie in 2 dargestellt ist, sind ein erstes aktives Element 155 und eine erste Diode 156 als erste Leistungshalbleiterelemente vorgesehen, die eine Schaltung des oberen Zweigs bilden. Das erste aktive Element 155 ist z. B. ein IGBT, ein MOSFET oder dergleichen, wobei die erste Diode 156 unnötig ist, wenn es ein MOSFET ist. Als das Halbleitermaterial, das das erste aktive Element 155 bildet, kann z. B. Si, SiC, GaN, GaO, C oder dergleichen verwendet sein.
  • Wenn eine Körperdiode des aktiven Elements verwendet ist, kann die erste Diode 156 weggelassen sein.
  • Dasselbe betrifft ein Halbleitermaterial, das ein später zu beschreibendes zweites aktives Element 157 bildet.
  • Eine Kollektorseite des ersten aktiven Elements 155 und eine Katodenseite der ersten Diode 156 sind mit einer ersten Leiterplatte 430 verbunden. Für diese Verbindung kann Lötmittel oder ein Sintermetall verwendet sein. Solange die erste Leiterplatte 430 aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und Wärmeleitfertigkeit hergestellt ist, ist sie nicht besonders beschränkt, wobei aber ein Material auf Kupfergrundlage oder auf Aluminiumgrundlage erwünscht ist. Diese Materialien können allein verwendet sein, können aber mit Ni, Ag oder dergleichen plattiert sein, um die Verbindungseigenschaften wie etwa das Löten oder Verbinden eines Sintermetalls zu verbessern.
  • Eine Emitterseite des ersten aktiven Elements 155 und eine Anodenseite der ersten Diode 156 sind mit einer zweiten Leiterplatte 431 verbunden. Das heißt, das erste aktive Element 155 ist zwischen der ersten Leiterplatte 430 an einer Oberfläche davon und der zweiten Leiterplatte 431 an der anderen Oberfläche davon aufgenommen, um dadurch einen Schaltungskörper 310 zu bilden.
  • 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Leistungsmoduls 300 entlang der in 1 dargestellten Linie X-X und stellt einen Zustand dar, in dem das Kühlglied 340 und das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage von dem elektrischen Schaltungskörper 400 entfernt worden sind. Wie in 4 dargestellt ist, weist die zweite Leiterplatte 431 an dem Außenumfang eines mit dem ersten aktiven Element 155 und mit der Diode 156 verbundenen Gebiets eine Aussparung auf, um einen Isolationsabstand sicherzustellen. Zur Kostensenkung ist erwünscht, dass diese Aussparung durch Pressbearbeitung gebildet ist. Wenn eine Aussparung durch Pressbearbeitung bereitgestellt wird, wird ihre hintere Oberfläche der Aussparung entsprechend verformt. Somit weist die zweite Leiterplatte 431, wie in 2 dargestellt ist, auf einer Seite in Kontakt mit dem Kühlglied 340 einen vorgegebenen Durchbiegungsbetrag, z. B. einen Durchbiegungsbetrag von 40 µm, auf.
  • Wie in 3 dargestellt ist, sind ein zweites aktives Element 157 und eine zweite Diode 158 (siehe die später beschriebenen 9 und 10) als zweite Leistungshalbleiterelemente vorgesehen, die eine Schaltung des unteren Zweigs bilden. Es ist zu verstehen, dass die zweite Diode 158, wie in 3 dargestellt ist, auf der Rückseite des zweiten aktiven Elements 157 angeordnet ist. Eine Kollektorseite des zweiten aktiven Elements 157 und eine Katodenseite der zweiten Diode 158 sind mit einer dritten Leiterplatte 432 verbunden. Eine Emitterseite des zweiten aktiven Elements 157 und eine Anodenseite der zweiten Diode 158 sind mit einer vierten Leiterplatte 433 verbunden. Die vierte Leiterplatte 433 weist ähnlich der zweiten Leiterplatte 431 auf der Seite in Kontakt mit dem Kühlglied 340 eine Durchbiegung auf. Da die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 unabhängige Leiterplatten sind, weisen diese Leiterplatten außerdem zu dem Zeitpunkt des Verbindens mit den Leistungshalbleiterelementen unterschiedliche Neigungen auf. Wie oben beschrieben wurde, weisen die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 nicht nur auf der Seite in Kontakt mit dem Kühlglied 340 als ein einzelner Körper eine Durchbiegung um einen vorgegeben Durchbiegungsbetrag (z. B. 40 µm) auf, sondern weisen sie außerdem von dem ersten Leistungshalbleiterelement (dem ersten aktiven Element 155) in einer Richtung gesehen, in der das zweite Leistungshalbleiterelement (das zweite aktive Element 157) angeordnet ist, wie in 3 dargestellt ist, auf der Seite in Kontakt mit dem Kühlglied 340 eine Stufendifferenz auf, wobei die maximale Höhenänderung z. B 120 µm beträgt.
  • Wenn die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 allein über eine Isolierschicht mit dem Kühlglied 340 in Kontakt gebracht werden, muss die Dicke der Isolierschicht im Allgemeinen auf 240 µm erhöht werden, um die durch die Stufendifferenz oder Durchbiegung verursachte Änderung der Höhe von 120 µm aufzunehmen, falls die Dicke der Isolierschicht, die in der Lage ist, die Isolationseigenschaften sicherzustellen, auf 120 µm eingestellt ist. Da die Isolierschicht eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das Metall aufweist, erhöht das Erhöhen der Dicke der Isolierschicht den Wärmewiderstand und verringert es wesentlich die Wärmeableitung.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform im Gegensatz dazu ein lagenförmiges Glied 440 mit einer Harzisolierschicht 441 und mit einer Metallfolie 442 verwendet. Das lagenförmige Glied 440 ist der Durchbiegung oder der Stufendifferenz in der zweiten Leiterplatte 431 und in der vierten Leiterplatte 433 folgend verformt, so dass die Dicke der Harzisolierschicht 441 auf eine konstante Dicke, z. B. von 120 µm, eingestellt sein kann, die in der Lage ist, die Isolationseigenschaften sicherzustellen. Durch plastisches Verformen des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage z. B. mit einer Dicke von 120 µm, das zwischen dem lagenförmigen Glied 440 und dem Kühlglied 340 aufgenommen ist, wird die Dicke des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage geändert, um die in der zweiten Leiterplatte 431 und in der vierten Leiterplatte 433 erzeugte Durchbiegung oder Stufendifferenz aufzunehmen. Im Vergleich zu dem Fall, dass die Leiterplatten allein über die Isolierschicht mit dem Kühlglied 340 in Kontakt gebracht werden, führt dies zu einer beachtlichen Verbesserung der Wärmeableitung. Solange die Harzisolierschicht 441 des lagenförmigen Glieds 440 Haftfähigkeit mit der zweiten Leiterplatte 431 und mit der vierten Leiterplatte 433 aufweist, ist sie nicht besonders beschränkt, wobei aber eine Harzisolierschicht auf Epoxidharzgrundlage, in der ein anorganischer Pulverfüllstoff verteilt ist, erwünscht ist. Dies ist so, da die Haftfähigkeit und die Wärmeableitung ausgeglichen sind.
  • Der Schaltungskörper 310 ist in der Weise konfiguriert, dass das erste aktive Element 155 zwischen der ersten Leiterplatte 430 an einer Oberfläche davon und der zweiten Leiterplatte 431 an der anderen Oberfläche davon aufgenommen ist und ferner beide Oberflächen des Schaltungskörpers 310 zwischen den lagenförmigen Gliedern 440 aufgenommen sind, um dadurch das Leistungsmodul 300 zu bilden.
  • Das lagenförmige Glied 440 kann die Harzisolierschicht 441 allein sein, wobei aber erwünscht ist, dass auf einer Seite die Metallfolie 442 in Kontakt mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage bereitgestellt ist. Die Metallfolie 442 ist mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage metallisch verbunden. Durch Bereitstellung der Metallfolie 442 gibt es eine Wirkung, dass verhindert werden kann, dass die noch nicht ausgehärtete Harzisolierschicht 441 zerbrochen wird, wenn das lagenförmige Glied 440 der Durchbiegung oder der Stufendifferenz in der zweiten Leiterplatte 431 und in der vierten Leiterplatte 433 folgend verformt wird. Der Typ der Metallfolie 442 ist nicht besonders beschränkt, wobei aber eine Metallfolie auf Aluminiumgrundlage oder eine Metallfolie auf Kupfergrundlage erwünscht ist. Insbesondere besitzt die Metallfolie auf Kupfergrundlage eine Wirkung, dass sie in der Lage ist, den thermischen Kontaktwiderstand durch Bildung einer Legierungsschicht mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage zu verringern. Es ist erwünscht, dass das Kühlglied 340 aus Aluminium mit hoher Wärmeleitfähigkeit und mit geringem Gewicht hergestellt ist.
  • Das Kühlglied 340 wird durch Strangpressen, Schmieden, Hartlöten oder dergleichen hergestellt.
  • Solange das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage ein Material mit einer niedrigeren Fließgrenze bei 200 °C oder niedriger als der des Kühlglieds 340 ist, ist es nicht besonders beschränkt, wobei aber ein Material mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul als das Kühlglied 340 bevorzugter ist. Wenn die Fließgrenze unklar ist, kann im Vergleich die 0,2-%-Dehngrenze angewendet werden. Dies ist so, da das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage durch Erwärmung und Druckbeaufschlagung des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage über das Kühlglied 340 plastisch verformt wird. Das plastisch verformte Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage weist gemäß dem Durchbiegungsbetrag der zweiten Leiterplatte 431 oder der vierten Leiterplatte 433 entlang einer Anordnungsrichtung des ersten aktiven Elements 155 und der ersten Diode 156 und einer Anordnungsrichtung des zweiten aktiven Elements 157 und der zweiten Diode 158 (der horizontalen Richtung in 4) Gebiete mit unterschiedlichen Dicken auf. Außerdem weist es gemäß der Stufendifferenz zwischen der zweiten Leiterplatte 431 und der vierten Leiterplatte 433 entlang einer Anordnungsrichtung des ersten aktiven Elements 155 und des zweiten aktiven Elements 157 und einer Anordnungsrichtung des zweiten aktiven Elements 157 und der zweiten Diode 158 (der Tiefenrichtung in 2) Gebiete mit unterschiedlichen Dicken auf.
  • Als das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage kann eine Legierung auf Aluminiumgrundlage, eine Legierung auf Zinngrundlage, eine Legierung auf Magnesiumgrundlage, eine Legierung auf Indiumgrundlage, eine Legierung auf Silbergrundlage, eine Legierung auf Goldgrundlage oder können reine Metalle davon verwendet werden. Darunter ist Indium bevorzugt, da Indium, obwohl es teuer ist, einen niedrigen Elastizitätsmodul und eine niedrige Fließgrenze aufweist. Andererseits ist die Legierung auf Zinngrundlage am meisten bevorzugt, da sie einen höheren Elastizitätsmodul und eine höhere Fließgrenze als Indium aufweist und einen niedrigeren Elastizitätsmodul und eine niedrigere Fließgrenze als das Kühlglied auf Aluminiumgrundlage aufweist.
  • Das Leistungsmodul 300 ist in der Weise gebildet, dass beide Oberflächen des Schaltungskörpers 310 zwischen die lagenförmigen Glieder 440 gelegt sind und dass ferner das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage an dem lagenförmigen Glied 440 angehaftet ist und dass das Kühlglied 340 mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage in engen Kontakt gebracht ist, um dadurch den elektrischen Schaltungskörper 400 zu bilden.
  • Wie in 2 bis 4 dargestellt ist, sind die Leistungshalbeiterelemente und ein Abschnitt der ersten Leiterplatte 430 bis vierten Leiterplatte 433 durch Spritzpressen mit einem Vergussharz 360 bedeckt und geschützt.
  • Das Spritzpressen kann einschließlich des lagenförmigen Glieds 440 ausgeführt werden oder das lagenförmige Glied 440 kann nach dem Spitzpressen angehaftet werden. Das Spritzpressen einschließlich des lagenförmigen Glieds 440 besitzt eine Wirkung, dass durch Bedecken des Endabschnitts des lagenförmigen Glieds 440 mit dem Vergussharz 360 die Zuverlässigkeit verbessert wird.
  • Wie in 2 und 3 dargestellt ist, kann der Außenumfang des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage mit einem Haftglied 460 abgedichtet sein. Dies ermöglicht, das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage mit dem Kühlglied 340 in engem Kontakt zu halten. Außerdem ermöglicht die Abdichtung mit dem Haftglied 460 zu verhindern, dass ein Teil des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage verstreut wird. Dadurch, dass an dem Außenumfangsabschnitt des Vergussharzes 360 eine Stufendifferenz bereitgestellt ist, ist es möglich zu verhindern, dass das Haftglied 460 zwischen die Wärmeleitungsglieder 450 auf Metallgrundlage eintritt. Solange das Haftglied 460 ein Isoliermaterial mit Haftfähigkeit ist, ist es nicht besonders beschränkt, wobei aber ein Material mit einer Thixotropie von 1,5 oder höher, die durch Dividieren der Viskosität bei einer Schergeschwindigkeit von 1 (1/s) durch die Viskosität bei einer Schergeschwindigkeit von 10 (1/s) erhalten wird, erwünscht ist, um den Austritt von der aufgetragenen Oberfläche zu verringern. Darunter ist ein Silikonharz oder ein Epoxidharz erwünscht. Insbesondere ist ein Silikonharz erwünscht, da es einen niedrigen Elastizitätsmodul und somit eine niedrige Wärmespannung aufweist.
  • 5(a) bis 5(e) und 6(f) bis 6(h) sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers 400 der vorliegenden Ausführungsform darstellen. Auf der linken Seite jeder Zeichnung ist der Querschnitt entlang der in 1 dargestellten Linie X-X dargestellt und auf der rechten Seite jeder Zeichnung ist ein Leistungsmodul mit dem Querschnitt entlang der Linie Y-Y in 1 dargestellt.
  • 5(a) stellt einen Lötverbindungsprozess mit der ersten Leiterplatte 430 und mit der dritten Leiterplatte 432 dar. Die Kollektorseite des ersten aktiven Elements 155 und die Katodenseite der ersten Diode 156 werden mit der ersten Leiterplatte 430 verbunden. Außerdem werden die Kollektorseite des zweiten aktiven Elements 157 und die Katodenseite der zweiten Diode 158 mit der dritten Leiterplatte 432 verbunden. Es ist zu verstehen, dass die zweite Diode 158 auf der Rückseite des zweiten aktiven Elements 157 angeordnet ist.
  • 5(b) stellt einen Drahtkontaktierungsprozess dar. Es werden die Gate-Elektroden des ersten aktiven Elements 155 und des zweiten aktiven Elements 157 verbunden.
  • 5(c) stellt einen Lötverbindungsprozess mit der zweiten Leiterplatte 431 und mit der vierten Leiterplatte 433 dar. Die Emitterseite des ersten aktiven Elements 155 und die Anodenseite der ersten Diode 156 werden mit der zweiten Leiterplatte 431 verbunden. Die Emitterseite des zweiten aktiven Elements 157 und die Anodenseite der zweiten Diode 158 werden mit der vierten Leiterplatte 433 verbunden. Somit wird der Schaltungskörper 310 gebildet.
  • 5(d) stellt einen Presskontaktprozess des lagenförmigen Glieds 440 dar. Das lagenförmige Glied 440 wird in der Weise an jede Leiterplatte angehaftet, dass die erste Leiterplatte 430 und die dritte Leiterplatte 432 sowie die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 von beiden Seiten aufgenommen werden. Obwohl das lagenförmige Glied 440 als ein lagenförmiges Glied 440 zum Bedecken der zweiten Leiterplatte 431 und der vierten Leiterplatte 433 konfiguriert ist, können getrennte lagenförmige Glieder 440 die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 einzeln bedecken.
  • 5(e) stellt einen Spritzpressprozess dar. In einer Spritzpressvorrichtung 601, die eine Feder 602 und eine Pufferlage 603 enthält, werden das lagenförmige Glied 440, das die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 bedeckt, in dem Spritzpressprozess einteilig geformt. Außerdem wird in dem Spritzpressprozess das Vergussharz 360 durch Druckbeaufschlagung der Oberfläche des lagenförmigen Glieds 440 in der Weise eingepresst, dass das Vergussharz 360 nicht herumfließt.
  • 6(f) stellt einen Stegtrennprozess dar. Das geformte Produkt wird aus der Spritzpressvorrichtung 601 entnommen und es wird ein Steg (nicht dargestellt) getrennt, um Anschlüsse zu bilden. Im Ergebnis werden das Leistungsmodul 300, in dem Anschlüsse gebildet sind, und das lagenförmige Glied 440, das die Harzisolierschicht 441 und die Metallfolie 442 enthält, gebildet.
  • 6(g) stellt Prozesse des Anordnens des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage und des Auftragens des Haftglieds 460 dar. Das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage wird auf dem lagenförmigen Glied 440 angeordnet und erwärmt und mit Druck beaufschlagt, um an einer Grenzfläche zwischen dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage und der Metallfolie 442 eine Legierungsschicht zu bilden, und daraufhin wird das Haftglied 460 aufgetragen. Dadurch, dass an der Grenzfläche der Metallfolie 442 die Legierungsschicht gebildet wird, kann der thermische Kontaktwiderstand mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage verringert werden. In der Querschnittsform des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage wird ein zentraler Abschnitt dick gebildet und werden beide Enden dünn gebildet. Beide Enden des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage stehen mit dem Haftglied 460 in Kontakt.
  • Obwohl das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage dadurch beschrieben worden ist, dass ein Lagenglied, das die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 bedeckt, als ein Beispiel genommen wurde, kann das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage ein Glied sein, das sowohl die zweite Leiterplatte 431 als auch die vierte Leiterplatte 433 bedeckt. Wie oben beschrieben wurde, sind die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 in diesem Fall vorzugsweise mit den getrennten lagenförmigen Gliedern 440 bedeckt. Das heißt, in dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage können ein Abschnitt in Kontakt mit dem lagenförmigen Glied 440, der an der zweiten Leiterplatte 431 anhaftet, und ein Abschnitt in Kontakt mit dem lagenförmigen Glied 440, der an der vierten Leiterplatte 433 anhaftet, voneinander getrennt vorgesehen sein. Selbst in diesem Fall kann dadurch, dass diese Abschnitte des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage plastisch verformt werden, eine Durchbiegung oder eine Stufendifferenz, die in der zweite Leiterplatte 431 und in der vierte Leiterplatte 433 erzeugt wird, aufgenommen werden und kann die Wärmeableitung verbessert werden.
  • 6(h) stellt einen Prozess eines engen Kontakts des Kühlglieds 340 dar. Das Kühlglied 340 wird mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage und mit dem Haftglied 460 in engen Kontakt gebracht. Gleichzeitig wird durch Erwärmung und Druckbeaufschlagung der thermische Kontaktwiderstand zwischen dem Kühlglied 340 und dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage verringert und wird das Haftglied 460 ausgehärtet. Somit wird der elektrische Schaltungskörper 400 gebildet.
  • 7(i) bis 7(j) sind Querschnittsanschichten, die eine Abwandlung 1 des Verfahrens zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers 400 der vorliegenden Ausführungsform darstellen. Auf der linken Seite jeder Zeichnung ist der Querschnitt entlang der in 1 dargestellten Linie X-X dargestellt und auf der rechten Seite jeder Zeichnung ist ein Leistungsmodul mit dem Querschnitt entlang der Linie Y-Y in 1 dargestellt.
  • Dasselbe ist auf das Herstellungsverfahren in der Abwandlung 1 bis zu der oben beschriebenen 6(f) anwendbar und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
  • 7(i) stellt einen Anordnungsprozess des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage dar. Das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage wird auf dem lagenförmigen Glied 440 angeordnet. In der Abwandlung 1 wird das Haftglied 460 nicht verwendet. Das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage weist einen quaderförmigen Querschnitt auf.
  • 7(j) stellt einen Prozess eines engen Kontakts des Kühlglieds 340 dar. Das Kühlglied 340 wird mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage in engen Kontakt gebracht. Gleichzeitig verringern die Erwärmung und die Druckbeaufschlagung den thermischen Kontaktwiderstand zwischen dem Kühlglied 340 und dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage. Somit wird der elektrische Schaltungskörper 400 gebildet.
  • 8(k) bis 8(n) sind Querschnittsansichten, die die Abwandlung 2 des Verfahrens zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers der vorliegenden Ausführungsform darstellen. Auf der linken Seite jeder Zeichnung ist der Querschnitt entlang der in 1 dargestellten Linie X-X dargestellt und auf der rechten Seite jeder Zeichnung ist ein Leistungsmodul mit dem Querschnitt entlang der in 1 dargestellten Linie Y-Y dargestellt.
  • Dasselbe ist auf das Herstellungsverfahren in der Abwandlung 2 bis zu der oben beschriebenen 6(f) anwendbar und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
  • 8(k) stellt einen Auftragsprozess des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage dar. Das geschmolzene Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage wird auf das lagenförmige Glied 440 aufgetragen. Durch Auftragen des geschmolzenen Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage können die Metallfolie 442 und die Legierungsschicht gebildet werden und kann der thermische Kontaktwiderstand verringert werden. Außerdem kann der Auftrag des geschmolzenen Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage im Vergleich zu dem Fall, dass das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage in Form einer Lage angeordnet wird, eine Kostensenkung erzielen.
  • 8(1) stellt einen Planarisierungsprozess des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage dar. Das aufgetragene Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage wird unter Verwendung einer erwärmten Verformungsspanneinrichtung 604 in einem geschmolzenen Zustand planarisiert.
  • 8(m) stellt einen Querschnitt des planarisierten Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage dar.
  • 8(n) stellt einen Prozess eines engen Kontakts des Kühlglieds 340 dar. Das Kühlglied 340 wird mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage in engen Kontakt gebracht. Gleichzeitig verringern die Erwärmung und die Druckbeaufschlagung den thermischen Kontaktwiderstand zwischen dem Kühlglied 340 und dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage. Somit wird der elektrische Schaltungskörper 400 gebildet.
  • 9 ist eine halbdurchlässige Draufsicht des Leistungsmoduls 300. Auch wenn in 1 drei Leistungsmodule 300 dargestellt sind, stellt 9 ein Leistungsmodul 300 als ein Beispiel dar. 10 ist ein Stromlaufplan eines Leistungsmoduls 300.
  • Wie in 9 und 10 dargestellt ist, enthält die Schaltung des oberen Zweigs ein erstes aktives Element 155 und eine erste Diode 156 der Schaltung des oberen Zweigs. Die Schaltung des unteren Zweigs enthält ein zweites aktives Element 157 und eine zweite Diode 158 der Schaltung des unteren Zweigs. Das erste aktive Element 155 und das zweite aktive Element 157 sind z. B. IGBTs.
  • Wie in 9 und 10 gezeigt ist, ist der Anschluss 315B auf der Seite der positiven Elektrode von der Kollektorseite der Schaltung des oberen Zweigs herausgeführt und ist der Anschluss 315B auf der Seite der positiven Elektrode mit der Seite der positiven Elektrode einer Batterie oder eines Kondensators verbunden. Der Anschluss 325U des Gate-Signals des oberen Zweigs ist von der Gate- und Emitterabtastung des ersten aktiven Elements 155 der Schaltung des oberen Zweigs herausgeführt. Der Anschluss 319B auf der Seite der negativen Elektrode ist von der Emitterseite der Schaltung des unteren Zweigs herausgeführt und der Anschluss 319B auf der Seite der negativen Elektrode ist mit der Seite der negativen Elektrode der Batterie oder des Kondensators oder mit einer GND verbunden. Der Anschluss 325L des Gate-Signals des unteren Zweigs ist von der Gate- und Emitterabtastung des zweiten aktiven Elements 157 der Schaltung des unteren Zweigs herausgeführt. Der Anschluss 320B auf der Wechselstromseite ist von der Kollektorseite der Schaltung des unteren Zweigs herausgeführt und ist mit einem Motor verbunden. Wenn der Sternpunkt geerdet ist, ist die Schaltung des unteren Zweigs nicht mit der GND, sondern mit der Seite der negativen Elektrode des Kondensators verbunden.
  • Wie in 9 dargestellt ist, sind Anschlüsse wie etwa ein Kelvin-Emittersignalanschluss 325K, ein Gate-Signal-Anschluss 325L des unteren Zweigs, ein Spiegel-Emittersignal-Anschluss 325M und ein Gate-Signal-Anschluss i 325U des oberen Zweigs vorgesehen. Außerdem ist auf der Kollektorseite der Schaltung des oberen Zweigs eine erste Leiterplatte 430 vorgesehen, ist auf der Emitterseite der Schaltung des oberen Zweigs eine zweite Leiterplatte 431 vorgesehen, ist auf der Kollektorseite der Schaltung des unteren Zweigs eine dritte Leiterplatte 432 vorgesehen und ist auf der Emitterseite der Schaltung des unteren Zweigs eine vierte Leiterplatte 433 vorgesehen, wobei diese mit dem Vergussharz 360 abgedichtet sind.
  • Das Leistungsmodul der vorliegenden Ausführungsform weist eine 2-in-1-Struktur auf, in der zwei Zweigschaltungen einer Schaltung des oberen Zweigs und einer Schaltung des unteren Zweigs in einem Leistungsmodul integriert sind. Außer der 2-in-1-Struktur können eine 3-in-1-Struktur, in der drei Zweigschaltungen in einem Leistungsmodul integriert sind, eine 4-in-1-Struktur, in der vier Zweigschaltungen in einem Leistungsmodul integriert sind, eine 6-in-1-Struktur, in der sechs Zweigschaltungen in einem Leistungsmodul integriert sind, oder dergleichen verwendet werden. Wenn diese Strukturen verwendet werden, kann die Anzahl der Ausgangsanschlüsse von dem Leistungsmodul verringert und verkleinert werden.
  • Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform die Struktur beschrieben worden, in der zwei Zweigschaltungen der Schaltung des oberen Zweigs und der Schaltung des unteren Zweigs in einem Leistungsmodul integriert sind, wobei die vorliegende Ausführungsform aber auf eine Struktur angewendet werden kann, in der die Schaltung des oberen Zweigs oder die Schaltung des unteren Zweigs in ein Leistungsmodul intergiert ist. Das heißt, wenn das Leistungsmodul wenigstens ein Leistungshalbleiterelement enthält und wenn das Leistungshalbleiterelement, das zwischen den an beiden Oberflächen des Leistungshalbleiterelements angeordneten Leiterplatten aufgenommen ist, und das Kühlglied unter Verwendung des lagenförmigen Glieds 440 und des Wärmeleitungsglieds 450 auf Metallgrundlage, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, miteinander kontaktiert sind, ist es möglich, die Durchbiegung oder die Stufendifferenz der Leiterplatte an der Kontaktierungsoberfläche mit dem Kühlglied aufzunehmen. Dies ermöglicht, einen elektrischen Schaltungskörper zu bilden, der im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur eine verbesserte Wärmeableitung aufweist.
  • 11 ist ein Stromlaufplan eines Leistungsumsetzers 200, der das Leistungsmodul verwendet.
  • Wie in 11 dargestellt ist, enthält der Leistungsumsetzer 200 Wechselrichterschaltungseinheiten 140, 142, eine Zusatzwechselrichterschaltungseinheit 43 und ein Kondensatormodul 500.
  • Die Wechselrichterschaltungseinheiten 140 und 142 enthalten mehrere Leistungsmodule 300 und durch Verbinden der Leistungsmodule ist eine Dreiphasen-Wechselrichterschaltung konfiguriert. Wenn die Strombelastbarkeit hoch ist, sind die Leistungsmodule 300 ferner parallelgeschaltet, wobei diese Parallelschaltungen entsprechend den jeweiligen Phasen der Dreiphasen-Wechselrichterschaltung ausgeführt sind, so dass es möglich ist, eine Zunahme der Strombelastbarkeit zu bewältigen. Zusätzlich ist es dadurch, dass die aktiven Elemente 155, 157 und die Dioden 156, 158, die in das Leistungsmodule 300 eingebaute Leistungshalbleiterelemente sind, parallelgeschaltet sind, außerdem möglich, eine Zunahme der Strombelastbarkeit zu bewältigen.
  • Die Wechselrichterschaltungseinheit 140 und die Wechselrichterschaltungseinheit 142 weisen dieselbe Schaltungsgrundkonfiguration auf und weisen außerdem grundsätzlich dasselbe Steuerverfahren und denselben Betrieb auf. Da die Übersicht über den Schaltungsbetrieb der Wechselrichterschaltungseinheit 140 und dergleichen gut bekannt ist, wird hier eine ausführliche Beschreibung weggelassen.
  • Die Schaltung des oberen Zweigs enthält als Leistungshalbleiterelemente zum Schalten ein aktives Element 155 für den oberen Zweig und eine Diode 156 für den oberen Zweig und die Schaltung des unteren Zweigs enthält als Leistungshalbleiterelemente zum Schalten ein aktives Element 157 für den unteren Zweig und eine Diode 158 für den unteren Zweig. Die aktiven Elemente 155 und 157 führen die Schaltoperation als Reaktion auf ein Ansteuersignal aus, das von einer oder der anderen der zwei Treiberschaltungen, die eine Treiberschaltung 174 bilden, ausgegeben wird, setzen von einer Batterie 136 zugeführte Gleichstromleistung in Dreiphasen-Wechselstromleistung um und steuern die Motorgeneratoren 192 und 194 an.
  • Das aktive Element 155 für den oberen Zweig und das aktive Element 157 für den unteren Zweig enthalten eine Kollektorelektrode, eine Emitterelektrode und eine Gate-Elektrode. Die Diode 156 für den oberen Zweig und die Diode 158 für den unteren Zweig enthalten zwei Elektroden einer Katodenelektrode und einer Anodenelektrode. Wie in 3 dargestellt ist, sind die Katodenelektroden der Dioden 156, 158 mit den Kollektorelektroden der aktiven Elemente (IGBTs) 155, 157 elektrisch verbunden bzw. sind die Anodenelektroden mit den Emitterelektroden der aktiven Elemente 155, 157 elektrisch verbunden. Im Ergebnis fließt der Strom in der Durchlassrichtung von der Emitterelektrode zu der Kollektorelektrode des aktiven Elements 155 für den oberen Zweig und des aktiven Elements 157 für den unteren Zweig.
  • Es ist zu verstehen, dass als das aktive Element ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwendet werden kann, wobei die Diode 156 für den oberen Zweig und die Diode 158 für den unteren Zweig in diesem Fall unnötig werden.
  • Der Anschluss 315B auf der Seite der positiven Elektrode und der Anschluss 319B auf der Seite der negativen Elektrode der Reihenschaltungen sowohl des oberen Zweigs als auch des unteren Zweigs sind mit Gleichstromanschlüssen 362A bzw. 362B für die Kondensatorverbindung des Kondensatormoduls 500 verbunden. Bei den Verbindungsabschnitten der Schaltung des oberen Zweigs und der Schaltung des unteren Zweigs wird Wechselstromleistung erzeugt und die Verbindungsabschnitte der Schaltung des oberen Zweigs und der Schaltung des unteren Zweigs in den Reihenschaltungen des oberen und des unteren Zweigs sind mit den Anschlüssen 320B auf der Wechselstromseite der Leistungsmodule 300 verbunden. Der Anschluss 320B auf der Wechselstromseite jedes Leistungsmoduls 300 jeder Phase ist mit dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss des Leistungsumsetzers 200 verbunden und die erzeugte Wechselstromleistung wird einer Statorwicklung des Motorgenerators 192 oder 194 zugeführt.
  • Die Steuerschaltung 172 erzeugt auf der Grundlage von Eingangsinformationen von einer Steuervorrichtung, einem Sensor (z. B. einem Stromsensor 180) oder dergleichen auf der Fahrzeugseite ein Taktsignal, um die Schaltzeiteinstellung des aktiven Elements 155 für den oberen Zweig und des aktiven Elements 157 für den unteren Zweig zu steuern. Die Treiberschaltung 174 erzeugt auf der Grundlage des von der Steuerschaltung 172 ausgegebenen Taktsignals ein Ansteuersignal zum Schalten des aktiven Elements 155 für den oberen Zweig und des aktiven Elements 157 für den unteren Zweig.
  • Es ist zu verstehen, dass die Bezugszeichen 181, 182 und 188 Verbinder bezeichnen.
  • Die Reihenschaltungen des oberen und des unteren Zweigs enthalten einen Temperatursensor (nicht dargestellt) und die Temperaturinformationen der Reihenschaltungen des oberen und des unteren Zweigs werden in die Steuerschaltung 172 eingegeben. Außerdem werden in die Steuerschaltung 172 Spannungsinformationen auf einer positiven Gleichstromseite der Reihenschaltungen des oberen und des unteren Zweigs eingegeben. Die Steuerschaltung 172 führt auf der Grundlage dieser Informationen eine Übertemperaturdetektion und eine Überspannungsdetektion aus, hält die Schaltoperation aller aktiven Elemente 155 für den oberen Zweig und aktiven Elemente 157 für den unteren Zweig an, wenn eine Übertemperatur oder eine Überspannung detektiert wird, und schützt die Reihenschaltungen des oberen und des unteren Zweigs vor einer Übertemperatur oder Überspannung.
  • 12 ist eine perspektivische Außenansicht, die ein Beispiel des in 11 dargestellten Leistungsumsetzers darstellt, und 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XV-XV des in 12 dargestellten Leistungsumsetzers.
  • Wie in 12 dargestellt ist, enthält der Leistungsumsetzer 200 ein Gehäuse 12, das durch ein unteres Gehäuse 11 und durch ein oberes Gehäuse 10 konfiguriert ist und das im Wesentlichen in einer Quaderform gebildet ist. Das Gehäuse 12 nimmt den elektrischen Schaltungskörper 400, das Kondensatormodul 500 und dergleichen darin auf. Der elektrische Schaltungskörper 400 weist einen Kühlströmungsweg auf und von einer Seitenfläche des Gehäuses 12 stehen ein Kühlwasser-Zulaufrohr 13 und ein Kühlwasser-Ablaufrohr 14, die mit dem Kühlströmungsweg in Verbindung stehen, vor. Wie in 12 dargestellt ist, weist das untere Gehäuse 11 auf der Oberseite (Z-Richtung) eine Öffnung auf und wird das obere Gehäuse 10 durch Schließen der Öffnung des unteren Gehäuses 11 an dem unteren Gehäuse 11 angebracht. Das obere Gehäuse 10 und das untere Gehäuse 11 sind aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen gebildet und nach außen abgedichtet und festgesetzt. Das obere Gehäuse 10 und das untere Gehäuse 11 können integriert sein. Da das Gehäuse 12 eine einfache Quaderform aufweist, wird die Anbringung an einem Fahrzeug oder dergleichen erleichtert und wird die Herstellung ebenfalls erleichtert.
  • Wie in 12 dargestellt ist, ist an einer Seitenfläche in der Längsrichtung des Gehäuses 12 ein Verbinder 17 angebracht und ist mit dem Verbinder 17 ein Wechselstromanschluss 18 verbunden. An einer Oberfläche, von der das Kühlwasser-Zulaufrohr 13 und das Kühlwasser-Ablaufrohr 14 herausgeführt sind, ist ein Verbinder 21 vorgesehen.
  • Wie in 13 dargestellt ist, ist der elektrische Schaltungskörper 400 in dem Gehäuse 12 aufgenommen. Die Steuerschaltung 172 und die Treiberschaltung 174 sind über dem elektrischen Schaltungskörper 400 angeordnet und das Kondensatormodul 500 ist auf der Seite des Gleichstromanschlusses des elektrischen Schaltungskörpers 400 aufgenommen. Dadurch, dass das Kondensatormodul in derselben Höhe wie der elektrische Schaltungskörper 400 angeordnet ist, kann der Leistungsumsetzer 200 dünner gemacht werden und wird der Freiheitsgrad beim Einbau in ein Fahrzeug verbessert. Der Anschluss 320B auf der Wechselstromseite des elektrischen Schaltungskörpers 400 durchdringt den Stromsensor 180 und ist mit dem Verbinder 188 verbunden.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform folgt das lagenförmige Glied 440, das die Harzisolierschicht 441 mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit enthält, der Durchbiegung oder Neigung der zweiten Leiterplatte 431 und der vierten Leiterplatte 433 mit einer konstanten Dicke und haftet es an ihnen an, selbst wenn die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 durchgebogen oder geneigt sind. Andererseits gelangt das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wegen der Änderung seiner Dicke mit dem Kühlglied 340 in engen Kontakt und ist die Wärmeableitung verbessert.
  • Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform können die folgenden operativen Auswirkungen erhalten werden.
    • (1) Der elektrische Schaltungskörper 400 enthält einen Schaltungskörper 310 mit einem ersten Leistungshalbleiterelement (ersten aktiven Element 155), das zwischen einer ersten Leiterplatte 430 an einer Oberfläche davon und einer zweiten Leiterplatte 431 an der anderen Oberfläche davon aufgenommen ist, ein Kühlglied 340, das an beiden Oberflächen des Schaltungskörpers 310 angeordnet ist, ein lagenförmiges Glied 440, das wenigstens an der zweiten Leiterplatte 431 angehaftet ist und wenigstens eine Harzisolierschicht 441 aufweist, und ein Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage, das zwischen dem lagenförmigen Glied 440 und dem Kühlglied 340 in der Weise vorgesehen ist, dass es mit dem lagenförmigen Glied 440 und mit dem Kühlglied 340 in Kontakt steht. Dies ermöglicht, die Wärmeableitung ohne Verwendung eines Keramiksubstrats zu verbessern.
    • (2) In dem Verfahren zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers 400 wird das erste Leistungshalbleiterelement (erste aktive Element 155) zwischen der ersten Leiterplatte 430 an einer Oberfläche davon und der zweiten Leiterplatte 431 an der anderen Oberfläche davon aufgenommen, wird das zweite Leistungshalbleiterelement (zweite aktive Element 157) zwischen der dritten Leiterplatte 432 an einer Oberfläche davon und der vierten Leiterplatte 433 an der anderen Oberfläche davon aufgenommen, wird das lagenförmige Glied 440 wenigstens mit der Harzisolierschicht 441 an der zweiten Leiterplatte 431 und an der vierten Leiterplatte 433 angehaftet, um wenigstens die zweite Leiterplatte 431 und die vierte Leiterplatte 433 zu bedecken, wird das Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage mit Gebieten mit unterschiedlichen Dicken entlang der Anordnungsrichtung des ersten Leistungshalbleiterelements (des ersten aktiven Elements 155) und des zweiten Leistungshalbleiterelements (des zweiten aktiven Elements 157) an dem lagenförmigen Glied 440 angehaftet und wird das Kühlglied 340 mit dem Wärmeleitungsglied 450 auf Metallgrundlage in engen Kontakt gebracht. Dies ermöglicht, die Wärmeableitung ohne Verwendung eines Keramiksubstrats zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und solange die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt sind, sind andere Formen, die im Schutzumfang der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbar sind, ebenfalls im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten. Außerdem können die oben beschriebene Ausführungsform und mehrere Abwandlungen kombiniert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    oberes Gehäuse
    11
    unteres Gehäuse
    13
    Kühlwasser-Zulaufrohr
    14
    Kühlwasser-Ablaufrohr
    17, 21, 181, 182, 188
    Verbinder
    18
    Wechselstromanschluss
    43, 140, 142
    Wechselrichterschaltung
    155
    erstes aktives Element
    156
    erste Diode
    157
    zweites aktives Element
    158
    zweite Diode
    172
    Steuerschaltung
    174
    Treiberschaltung
    180
    Stromsensor
    192, 194
    Motorgenerator
    200
    Leistungsumsetzer
    300
    Leistungsmodul
    310
    Schaltungskörper
    315B
    Anschluss auf der Seite der positiven Elektrode
    319B
    Anschluss auf der Seite der negativen Elektrode
    320B
    Anschluss auf der Wechselstromseite
    325
    Signalanschluss
    325K
    Kelvin-Emittersignalanschluss
    325L
    Gate-Signal-Anschluss des unteren Zweigs
    325M
    Spiegel-Emittersignal-Anschluss
    325U
    Gate-Signal-Anschluss des oberen Zweigs
    340
    Kühlglied
    360
    Vergussharz
    400
    elektrischer Schaltungskörper
    430
    erste Leiterplatte (Kollektorseite der Schaltung des oberen Zweigs)
    431
    zweite Leiterplatte (Emitterseite der Schaltung des oberen Zweigs)
    432
    dritte Leiterplatte (Kollektorseite der Schaltung des unteren Zweigs)
    433
    vierte Leiterplatte (Emitterseite der Schaltung des unteren Zweigs)
    440
    lagenförmiges Glied
    441
    Harzisolierschicht
    442
    Metallfolie
    450
    Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage
    460
    Haftglied
    500
    Kondensatormodul
    601
    Spritzpressvorrichtung
    602
    Feder
    603
    Pufferlage
    604
    Verformungsspanneinrichtung
  • 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 2018026370 A [0003]

Claims (16)

  1. Elektrischer Schaltungskörper, der umfasst: einen Schaltungskörper mit einem ersten Leistungshalbleiterelement, das zwischen einer ersten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und einer zweiten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon aufgenommen ist; ein Kühlglied, das an beiden Oberflächen des Schaltungskörpers angeordnet ist; ein lagenförmiges Glied, das wenigstens an der zweiten Leiterplatte angehaftet ist und wenigstens eine Harzisolierschicht aufweist; und ein Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage, das zwischen dem lagenförmigen Glied und dem Kühlglied in der Weise vorgesehen ist, dass es mit dem lagenförmigen Glied und mit dem Kühlglied in Kontakt steht.
  2. Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 1, wobei der Schaltungskörper ein zweites Leistungshalbleiterelement; eine dritte Leiterplatte; und eine vierte Leiterplatte umfasst, wobei das zweite Leistungshalbleiterelement zwischen der dritten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und der vierten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon aufgenommen ist, und das lagenförmige Glied in der Weise an der zweiten Leiterplatte und an der vierten Leiterplatte angehaftet ist, dass es wenigstens die zweite Leiterplatte und die vierte Leiterplatte bedeckt.
  3. Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 1, wobei der Schaltungskörper ein zweites Leistungshalbleiterelement; eine dritte Leiterplatte; und eine vierte Leiterplatte umfasst, wobei das zweite Leistungshalbleiterelement zwischen der dritten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und der vierten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon aufgenommen ist, das lagenförmige Glied ein erstes lagenförmiges Glied, das an der zweiten Leiterplatte angehaftet ist; und ein zweites lagenförmiges Glied, das an der vierten Leiterplatte angehaftet ist, umfasst, und ein Abschnitt in Kontakt mit dem ersten lagenförmigen Glied und ein Abschnitt in Kontakt mit dem zweiten lagenförmigen Glied in dem Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage voneinander getrennt vorgesehen sind.
  4. Elektrischer Schaltungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage eine niedrigere Fließgrenze als das Kühlglied aufweist.
  5. Elektrischer Schaltungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage Gebiete mit unterschiedlichen Dicken aufweist.
  6. Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage entlang einer Anordnungsrichtung des ersten Leistungshalbleiterelements und des zweiten Leistungshalbleiterelements Gebiete mit unterschiedlichen Dicken aufweist.
  7. Elektrischer Schaltungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage ein Haftglied aufweist, das an einem Außenumfang davon vorgesehen ist.
  8. Elektrischer Schaltungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das lagenförmige Glied die Harzisolierschicht und eine Metallfolie umfasst und wobei die Metallfolie mit dem Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage in Kontakt steht.
  9. Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 8, wobei die Metallfolie mit dem Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage metallisch verbunden ist.
  10. Leistungsumsetzer, der umfasst: einen elektrischen Schaltungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und eine Wechselrichterschaltungseinheit, die durch Kombinieren des elektrischen Schaltungskörpers konfiguriert ist, und der Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umsetzt.
  11. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers, wobei das Verfahren umfasst: Aufnehmen eines ersten Leistungshalbleiterelements zwischen einer ersten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und einer zweiten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon; Aufnehmen eines zweiten Leistungshalbleiterelements zwischen einer dritten Leiterplatte an einer Oberfläche davon und einer vierten Leiterplatte an der anderen Oberfläche davon; Anhaften eines lagenförmigen Glieds mit wenigstens einer Harzisolierschicht an der zweiten Leiterplatte und an der vierten Leiterplatte, um wenigstens die zweite Leiterplatte und die vierte Leiterplatte zu bedecken; Anhaften eines Wärmeleitungsglieds auf Metallgrundlage mit Gebieten mit unterschiedlichen Dicken entlang einer Anordnungsrichtung des ersten Leistungshalbleiterelements und des zweiten Leistungshalbleiterelements an dem lagenförmigen Glied; und Bringen eines Kühlglieds in engen Kontakt mit dem Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage.
  12. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers nach Anspruch 11, wobei auf einen Außenumfang des Wärmeleitungsglieds auf Metallgrundlage ein Haftglied aufgetragen wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers nach Anspruch 11, wobei das lagenförmige Glied die Harzisolierschicht und eine Metallfolie umfasst, wobei die Metallfolie mit dem Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage in Kontakt steht.
  14. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers nach Anspruch 13, wobei die Metallfolie mit dem Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage metallisch verbunden wird.
  15. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers nach Anspruch 11, wobei die lagenförmigen Glieder auf der Seite der zweiten Leiterplatte und auf der Seite der vierten Leiterplatte durch Spritzpressen einteilig geformt werden.
  16. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltungskörpers nach Anspruch 13, wobei das Wärmeleitungsglied auf Metallgrundlage geschmolzen und mit der Metallfolie verbunden wird und wobei eine Oberfläche des Wärmeleitungsglieds auf Metallgrundlage planarisiert wird und daraufhin mit dem Kühlglied in engen Kontakt gebracht wird.
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