DE112020007054T5 - Leistungshalbleitervorrichtung und leistungswandlervorrichtung - Google Patents

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Tomohisa Yamane
Takashi Nishimura
Hiroshi Kobayashi
Tatsushi Morisada
Masaru Fuku
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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1) weist eine Leistungsmoduleinheit (200), einen Klebeflächenkörper (6), ein Trägerelement (7) und einen Fließverhinderungsrahmen (8) auf. Der Klebeflächenkörper (6) ist mit der Leistungsmoduleinheit (200) verbunden. Das Trägerelement (7) ist mit der Leistungsmoduleinheit (200) verbunden, wobei sich der Klebeflächenkörper (6) dazwischen befindet. Der Fließverhinderungsrahmen (8) ist sandwichartig zwischen der Leistungsmoduleinheit (200) und dem Trägerelement (7) angeordnet und um den Klebeflächenkörper (7) herumgelegt. Der Klebeflächenkörper (7) hat eine äußere Umfangsfläche (6c), die an eine innere Umfangsfläche (18) des Fließverhinderungsrahmens (8) angrenzt. Ein Wert, der sich aus der Division eines Maximalwerts des Innendrucks auf der äußeren Umfangsfläche (6c) durch einen Minimalwert des Innendrucks ergibt, ist kleiner als oder gleich 10.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung und eine Leistungswandlervorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Üblicherweise hat man häufig eine Schraube verwendet, um ein Leistungsmodul und ein Trägerelement miteinander zu verbinden und zu befestigen. Insbesondere in einem Fall, in dem eine Wärmeabführung erforderlich ist, wurde ein Befestigungsverfahren mit einer Schraube unter Verwendung von Wärmeabführungsschmierfett auf einer Verbindungsoberfläche verwendet. Dieses Verfahren bringt jedoch das Problem mit sich, dass die Größe zunimmt, da der Schraubenbefestigungsbereich groß ist. Dieses Verfahren bringt auch das Problem mit sich, dass sich der Wärmewiderstand verschlechtert und die Isolierung aufgrund der Alterung des Schmierfetts abnimmt.
  • In den letzten Jahren hat man ein Verfahren zum Verbinden eines Trägerelements und eines Leistungsmoduls unter Verwendung eines Klebeflächenkörpers mit hohem Haftvermögen angewendet. Insbesondere dann, wenn das Trägerelement aus einem Wärmeabführungselement gebildet ist, wird ein Wärmeabführungs-Klebeflächenkörper mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Klebeflächenkörper ausgewählt. Wenn das Leistungsmodul und das Trägerelement nicht auf demselben Potential liegen, muss der Klebeflächenkörper eine Isolierung aufweisen. Daher kann ein multifunktionales Material, das Wärmeabführung, Isolierung und Haftvermögen aufweist, als Klebeflächenkörper ausgewählt werden. Dadurch ist es möglich, die Montagefläche und die Kosten der Leistungshalbleitervorrichtung zu reduzieren.
  • Als Klebeflächenkörper mit den oben genannten Eigenschaften wird zum Beispiel eine wärmeleitende Harzzusammensetzung verwendet, die durch Kombination einer anorganischen Substanz und eines wärmehärtenden Harzes erhalten wird. Wenn das Leistungsmodul und das Trägerelement verbunden werden, wird ein Verfahren zum Erhitzen eines ungehärteten Klebeflächenkörpers und zum Ausüben von Druck auf den Klebeflächenkörper während des Aushärtens verwendet. Die anorganische Substanz ist nicht am Haftvermögen beteiligt, und das wärmehärtende Harz sorgt für die Verklebung. In vielen Fällen sind im wärmehärtenden Harz Hohlräume vorhanden.
  • Um das Leistungsmodul und das Trägerelement gleichmäßig zu verbinden, ist es notwendig, zunächst den Klebeflächenkörper zu erwärmen und zu einem Zeitpunkt, an dem die Viskosität des wärmehärtenden Harzes abnimmt, Druck auf sie auszuüben. Die Presskraft muss unter Berücksichtigung von Einflüssen wie der Verformung des Leistungsmoduls, der Verformung des Trägerelements und der Unregelmäßigkeiten der verbundenen Oberfläche aufgrund der Druckausübung angemessen eingestellt werden. Ist die Presskraft zu gering, entsteht ein Spalt zwischen dem Leistungsmodul oder dem Trägerelement und dem Klebeflächenkörper. Außerdem können Hohlräume, die ursprünglich in dem Klebeflächenkörper vorhanden waren, zurückbleiben und innere Risse verursachen. Infolgedessen kann die Zuverlässigkeit der Verklebung herabgesetzt sein.
  • Wenn der Klebeflächenkörper aus einem multifunktionalen Material mit Isolierungs- und Wärmeabführungseigenschaften besteht, ist der Einfluss von Hohlräumen in dem Klebeflächenkörper noch bemerkenswerter. Was die Isolierung betrifft, so führt eine Teilentladung aufgrund von Hohlräumen in dem Klebeflächenkörper zu einer Verringerung der Zuverlässigkeit der Isolierung.
  • Die Relation zwischen der Größe der Hohlräume und der Teilentladung basiert auf dem Paschen-Gesetz. Insbesondere gilt, je größer der Hohlraum ist, desto geringer ist die Zuverlässigkeit der Isolierung. In ähnlicher Weise gilt in Bezug auf die Wärmeabführung, dass die Wärmeleitfähigkeit eines Bereichs, in dem ein Hohlraum vorhanden ist, verringert sein kann.
  • Üblicherweise wird das Leistungsmodul auf die Oberseite des Klebeflächenkörpers geklebt, und das Trägerelement wird auf die Unterseite des Klebeflächenkörpers geklebt. Die Seitenfläche des Klebeflächenkörpers wird nicht mit dem Leistungsmodul und dem Trägerelement verklebt. Wenn der Klebeflächenkörper mit dem Leistungsmodul und dem Trägerelement verbunden ist, werden das Leistungsmodul, das Trägerelement und der Klebeflächenkörper in der vertikalen Richtung des Klebeflächenkörpers unter Druck gesetzt. Da die Seitenfläche des Klebeflächenkörpers offen ist, wird im Inneren des Klebeflächenkörpers fast kein Innendruck erzeugt. Um dieses Problem zu behandeln, offenbart die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2012-174 965 A (Patentliteratur 1) einen Bereich zur Absorption der Volumenvergrößerung/-verkleinerung der Folie, der in einem peripheren Bereich eines Klebeflächenkörpers angeordnet ist.
  • LITERATURAUFSTELLUNG
  • PATENTLITERATUR
  • PTL 1: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2012 - 174 965 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Wie in der Patentliteratur 1 beschrieben, wird davon ausgegangen, dass das Haftvermögen, die Wärmeabführung und die Isolierung verbessert werden können, indem ein Rahmen ausgebildet wird, der eine Zunahme oder Abnahme des Volumens des Klebeflächenkörpers definiert. Bei der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technik tritt jedoch ein Unterschied in der Fließmenge eines wärmehärtenden Harzes in dem Klebeflächenkörper aufgrund eines Unterschieds im Abstand zwischen dem Zentrum des auf den Klebeflächenkörper ausgeübten Drucks und der inneren Umfangsfläche des Volumenzunahme-/Verringerungsbereichs der Folie auf. Daher tritt ein Unterschied im Innendruck der äußeren Umfangsfläche des Klebeflächenkörpers auf.
  • Insbesondere wenn der Klebeflächenkörper mit dem Leistungsmodul und dem Trägerelement verbunden ist, fließt der Klebeflächenkörper in der Richtung der Ebene. Der Klebeflächenkörper enthält beispielsweise Keramik, ein wärmehärtendes Harz und Hohlräume. Die Keramik, das wärmehärtende Harz und die Hohlräume werden als Flüssigkeit betrachtet, die Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers wird als Querschnittsfläche des Fließwegs betrachtet, und der Abstand vom Zentrum des Klebeflächenkörpers wird als Länge des Fließwegs betrachtet.
  • Bei Anwendung der Hydrodynamik-Theorie ist bei einem rechteckigen Klebeflächenkörper der Eckbereich des Klebeflächenkörpers am weitesten vom Zentrum des Klebeflächenkörpers entfernt. Im Eckbereich des Klebeflächenkörpers ist der Fließweg lang, so dass der Flüssigkeitswiderstand zunimmt. Infolgedessen ist die Flüssigkeitsmenge des Klebeflächenkörpers im Eckbereich des Klebeflächenkörpers am geringsten, so dass der Innendruck am niedrigsten ist. Wenn der Innendruck des Klebeflächenkörpers niedrig ist, nehmen Anzahl und Größe der in dem Klebeflächenkörper verbleibenden Hohlräume zu, so dass sich die Haftfähigkeit, die Wärmeabführung und die Isolierung verschlechtern. Daher nimmt die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung ab.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme durchgeführt, und ein Ziel davon ist es, eine Leistungshalbleitervorrichtung herzustellen, die die Zuverlässigkeit verbessern kann.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Leistungsmoduleinheit, einen Klebeflächenkörper, ein Trägerelement und einen Fließverhinderungsrahmen auf. Der Klebeflächenkörper ist mit der Leistungsmoduleinheit verbunden. Das Trägerelement ist mit der Leistungsmoduleinheit verbunden, wobei der Klebeflächenkörper zwischen der Leistungsmoduleinheit und dem Trägerelement angeordnet ist. Der Fließverhinderungsrahmen ist sandwichartig zwischen der Leistungsmoduleinheit und dem Trägerelement angeordnet und ist um den Klebeflächenkörper herumgelegt. Der Klebeflächenkörper hat eine äußere Umfangsfläche, die an eine innere Umfangsfläche des Fließverhinderungsrahmens angrenzt. Ein Wert, der sich aus der Division eines Maximalwerts eines Innendrucks auf der Außenumfangsfläche durch einen Minimalwert des Innendrucks ergibt, ist kleiner oder gleich 10.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Mit der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Haftvermögen, die Wärmeabführung und die Isolierung des Klebeflächenkörpers zu verbessern, indem die Anzahl und Größe der in dem Klebeflächenkörper verbleibenden Hohlräume verringert wird. Infolgedessen kann die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2.
    • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Herstellungsverfahren der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
    • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
    • 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
    • 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Leistungsmoduls der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 6.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 8.
    • 10 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
    • 11 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Trägerelements der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
    • 12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 10.
    • 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12.
    • 14 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
    • 15 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
    • 16 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt.
    • 17 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform zeigt.
    • 18 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIII-XVIII in 17.
    • 19 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt.
    • 20 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XX-XX in 19.
    • 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungswandlerystems zeigt, in dem eine Leistungswandlervorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform eingesetzt wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden gleiche oder korrespondierende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1.
  • Wie in den 1 und 2 dargestellt, enthält eine Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich eine Leistungsmoduleinheit 200, einen Klebeflächenkörper 6, ein Trägerelement 7 und einen Fließverhinderungsrahmen 8. Die Leistungsmoduleinheit 200 weist hauptsächlich ein Leistungshalbleiterelement 1, ein erstes Metallverdrahtungselement 2a, ein zweites Metallverdrahtungselement 2b, ein drittes Metallverdrahtungselement 2c, einen Wärmespreizer 3, ein erstes Metallverbindungselement 4a, ein zweites Metallverbindungselement 4b und einen Formharzbereich 5 auf.
  • Das Leistungshalbleiterelement 1 ist durch den Formharzbereich 5 versiegelt. Das Leistungshalbleiterelement 1 ist mit Hilfe des ersten Metalverbindungselements 4a mit dem Wärmesspreizer 3 verbunden. Das Leistungshalbleiterelement 1 ist mit dem ersten Metallverdrahtungselement 2a unter Verwendung des zweiten Metallverbindungselements 4b verbunden.
  • Das erste Metallverdrahtungselement 2a und das zweite Metallverdrahtungselement 2b bestehen beispielsweise aus Lot oder Metall wie Silber oder Aluminium. Das Leistungshalb-leiterelement 1 ist mit dem zweiten Metallverdrahtungselement 2b über das dritte Metallverdrahtungselement 2c verbunden. Das dritte Metallverdrahtungselement 2c ist z. B. ein Draht aus Aluminium, Kupfer oder ähnlichem.
  • Das Leistungshalbleiterelement 1 ist zum Beispiel ein spannungsgesteuerter Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), eine Diode oder ähnliches. Das Leistungshalbleiterelement 1 besteht z.B. aus einem Halbleiter, wie Silicium, Siliciumnitrid, Galliumnitrid oder Siliciumcarbid. Das Leistungshalbleiterelement 1 ist eine Hauptwärmequelle in der Leistungsmoduleinheit 200.
  • Das erste Metallverdrahtungselement 2a und das zweite Metallverdrahtungselement 2b sind jeweils so geformt, dass ein Bereich davon an der Außenseite des Formharzbereichs 5 freiliegt. Sowohl das erste Metallverdrahtungselement 2a als auch das zweite Metallverdrahtungselement 2b dienen als Verbindungsbereich mit der Außenseite. Das Trägerelement 7 ist zum Beispiel ein Kühlkörper, der die vom Leistungshalbleiterelement 1 während des Betriebs erzeugte Wärme nach außen ableitet.
  • Das Trägerelement 7 besteht aus Metall, wie z. B. Aluminium oder Kupfer. Das Trägerelement 7 ist mit der Leistungsmoduleinheit 200 durch einen dazwischen liegenden Klebeflächenkörper 6 verbunden. Das Trägerelement 7 weist beispielsweise einen Körperbereich 7a und eine Vielzahl von Rippen 7b auf. Da das Trägerelement 7 über eine Vielzahl von Rippen 7b verfügt, wird die Wärmeabführung verbessert. In das Trägerelement 7 kann eine Kühllösung eingefüllt werden, um das Trägerelement 7 zu kühlen. Das Trägerelement 7 kann mit einer peripheren Komponente, wie z.B. einem Kühler (nicht abgebildet) verbunden sein. Die Kühlflüssigkeit ist z.B. Wasser.
  • Zumindest eine Oberfläche der Leistungsmoduleinheit 200 ist mit Hilfe des Klebeflächenkörpers 6 mit dem Trägerelement 7 verbunden. Beispielsweise kann die Leistungsmoduleinheit 200 eine Struktur aufweisen, bei der ein Bereich des Wärmespreizers 3, der keine isolierende Funktion hat, von dem Formharzbereich 5 freigelegt ist, und die freigelegte Oberfläche und das Trägerelement 7 durch einen Klebeflächenkörper 6 verbunden sind, der isolierend, klebend und wärmeableitend ist.
  • Die Leistungsmoduleinheit 200 kann eine Struktur aufweisen, in der ein isolierendes Substrat, das Keramik enthält, als Wärmespreizer 3 verwendet wird, der teilweise aus dem Formharzbereich 5 herausragt, und die freiliegende Oberfläche und das Trägerelement 7 sind durch einen Klebeflächenkörper 6 verbunden, der Klebefähigkeit und Wärmeabführungsvermögen aufweist. Die Leistungsmoduleinheit 200 kann eine Struktur aufweisen, bei der alle Oberflächen mit einem Formharz versiegelt sind und eine der Oberflächen mit dem Trägerelement 7 durch einen Klebeflächenkörper 6 verbunden ist, der Klebefähigkeit und Wärmeabführungsvermögen aufweist.
  • Der Klebeflächenkörper 6 ist mit der Leistungsmoduleinheit 200 verklebt. Der Klebeflächen-körper 6 ist beispielsweise mit dem Wärmevspreizer 3 und dem Formharzbereich 5 in Kontakt. Die Klebeflächenkörper 6 besteht beispielsweise aus einer Mischung aus Keramik und einem wärmehärtenden Harz. Die Keramik ist z. B. Bornitrid. Das wärmehärtende Harz ist z. B. ein Epoxidharz oder ein Polyimidharz. Der Klebeflächenkörper 6 kann durch einfaches Mischen von Keramikkörnern in einem wärmehärtenden Harz oder durch Imprägnieren eines Keramikgerüsts mit einem wärmehärtenden Harz hergestellt werden. Die Keramik fungiert als Wärmeabführungspfad. Das wärmehärtende Harz sorgt für die Adhäsion. Die Keramik und das wärmehärtende Harz haben isolierende Eigenschaften.
  • Es reicht aus, dass der Klebeflächenkörper 6 aus einem Material besteht, das wärmeableitend, isolierend und klebend ist, und das Material des Klebeflächenkörpers 6 ist nicht auf die oben genannten Materialien beschränkt. Der oben beschriebene Klebeflächenkörper 6 enthält im Allgemeinen Hohlräume in einem Bereich von beispielsweise 1 Vol% oder mehr und 14 Vol% oder weniger. Es besteht die Möglichkeit, dass die Klebefähigkeit, die Isolierung und die Wärmeabführung des Klebeflächenkörpers 6 aufgrund der Hohlräume verschlechtert werden.
  • Wie in 2 dargestellt, ist der Fließverhinderungsrahmen 8 zwischen der Leistungsmoduleinheit 200 und dem Trägerelement 7 eingefügt. Der Fließverhinderungsrahmen 8 ist um den Klebeflächenkörper 6 herum angeordnet. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2. Wie in 3 dargestellt, hat der Fließverhinderungsrahmen 8 eine innere Umfangsfläche 18 und eine äußere Wandfläche 28. Die äußere Wandfläche 28 befindet sich außerhalb der inneren Umfangsfläche 18. Die äußere Wandfläche 28 umgibt die innere Umfangsfläche 18. Der Klebeflächenkörper 6 hat einen zentralen Bereich 6a, einen äußeren Umfangsbereich 6b und eine äußere Umfangsfläche 6c. Der äußere Umfangsbereich 6b befindet sich außerhalb des zentralen Bereichs 6a. Der äußere Umfangsbereich 6b schließt sich an den zentralen Bereich 6a an. Der äußere Umfangsbereich 6b bildet die äußere Umfangsfläche 6c. Der Fließverhinderungsrahmen 8 besteht z. B. aus einer einzigen Schicht. Der Fließverhinderungsrahmen 8 besteht z.B. aus einem einzigen Material.
  • Wie in 3 dargestellt, umgibt der äußere Umfangsbereich 6b den zentralen Bereich 6a in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6 gesehen. Der äußere Umfangsbereich 6b bildet die äußere Umfangsfläche 6c. Die äußere Umfangsfläche 6c grenzt an die innere Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 an. Wie in 3 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18, in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers 6 gesehen, beispielsweise eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken. Die innere Umfangsfläche 18 hat einen abgerundeten Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b.
  • Der Seitenbereich 18b hat eine lineare Form. Der abgerundete Eckbereich 18a ist durchgehend mit dem Seitenbereich 18b. Der Krümmungsradius des abgerundeten Eckbereichs 18a ist größer als oder gleich 1/30 der Länge der langen Seite des Rechtecks. Der Krümmungsradius des abgerundeten Eckbereichs 18a kann größer als oder gleich 1/20 oder 1/10 der Länge der langen Seite des Rechtecks sein. Wie in 3 dargestellt, kann die äußere Umfangsfläche 6c beispielsweise eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken haben, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Wie in 9 dargestellt, kann die äußere Umfangsfläche 6c in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers 6 gesehen eine rechteckige Form haben. Der Eckbereich 18a der äußeren Umfangsfläche 6c kann in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers 6 gesehen einen rechten Winkel anstelle einer abgerundeten Form haben.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Herstellungsverfahren der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 4 dargestellt, wird der Klebeflächenkörper 6 vor dem thermischen Druckverbinden in die innere Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 eingelegt, wobei zwischen dem Klebeflächenkörper 6 und der inneren Umfangsfläche 18 ein Spalt 61 ausgebildet ist. Anschließend werden die Leistungsmoduleinheit 200 und das Trägerelement 7 mit dem dazwischen liegenden Klebeflächenkörper 6 fest verbunden. Insbesondere wird die Leistungsmoduleinheit 200 durch Druckbeaufschlagung und Erwärmung auf einen Druck und eine Temperatur verbunden, bei denen die Leistungsmoduleinheit nicht zerbricht.
  • Während der thermischen Druckverbindung nimmt die Viskosität des in dem Klebeflächenkörper 6 enthaltenen wärmehärtenden Harzes vorübergehend ab. Der Klebeflächenkörper 6 fließt, wenn Druck ausgeübt wird. Der Klebeflächenkörper 6 wird sowohl in Richtung der Dicke (vertikale Richtung in 2) als auch in Richtung der Ebene (horizontale Richtung in 2) verformt. Während der Verformung fließt ein Teil der Keramik, des wärmehärtenden Harzes und der in dem Klebeflächenkörper 6 enthaltenen Hohlräume.
  • Das bedeutet, dass der Spalt 61, der vor der thermischen Druckverbindung zwischen dem Klebeflächenkörper 6 und dem Fließverhinderungsrahmen 8 in ebener Richtung vorhanden war, durch das Fließen des Klebeflächenkörpers 6 durch die thermische Druckverbindung mit dem äußeren Umfangsbereich 6b (Fließbereich) gefüllt wird. Nach der thermischen Druckverbindung kann der Kontaktbereich zwischen der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 und der Innenumfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 ein Teil oder der gesamte Umfang der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 sein.
  • Wenn der Klebeflächenkörper 6 in Richtung der Ebene offen ist (d.h. wenn der in 2 gezeigte Fließverhinderungsrahmen 8 der Leistungshalbleitervorrichtung 100 nicht vorhanden ist), ist der Druck im zentralen Bereich des Klebeflächenkörpers 6 am höchsten und der Druck an der äußeren Umfangsfläche 6c am niedrigsten. Der Klebeflächenkörper 6 fließt aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem zentralen Bereich und der äußeren Umfangsfläche 6c vom zentralen Bereich des Klebeflächenkörpers 6 zur äußeren Umfangsseite. Der Klebeflächenkörper 6 verformt sich und fließt unter einem Druck von z.B. etwa 10 MPa.
  • Ein Teil der Keramik, des wärmehärtenden Harzes und des Hohlraums fließt vom zentralen Bereich des Klebeflächenkörpers 6 zur äußeren Umfangsseite unter der Presskraft zum Zeitpunkt der Verbindung als Antriebskraft und dem Fluidwiderstand in dem Klebeflächenkörper 6 als Reaktionskraft. Der Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörper 6 ist am weitesten vom zentralen Bereich des Klebeflächenkörper 6 entfernt. Daher hat der Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 einen höheren Fluidwiderstand als die anderen Bereiche außer dem Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c.
  • Infolgedessen ist die Strömungsmenge im Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 geringer als in anderen Bereichen als dem Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c. Daher nimmt im Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 der in dem Klebeflächenkörper 6 erzeugte Innendruck ab, und der in dem Klebeflächenkörper 6 vorhandene Hohlraum kann nicht ausreichend zerkleinert werden. Infolgedessen verbleibt eine große Anzahl von Hohlräumen in dem Klebeflächenkörper 6, und die Zuverlässigkeit der Verklebung, die Wärmeabführung und die Zuverlässigkeit der Isolierung können beeinträchtigt werden.
  • Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist der Innendruck der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 gleichmäßig. Insbesondere ist ein Wert, der durch Division des Maximalwerts des Innendrucks auf der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 durch den Minimalwert des Innendrucks auf der äußeren Umfangsfläche 6c der Klebeflächenkörper 6 erhalten wird, kleiner als oder gleich 10.
  • Der Wert, den man erhält, wenn man den Maximalwert des Innendrucks auf der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 durch den Minimalwert des Innendrucks auf der äußeren Umfangsfläche 6c der Klebeflächenkörper 6 dividiert, kann kleiner oder gleich 5 oder kleiner oder gleich 2 sein. Wenn die äußere Form des Klebeflächenkörpers 6 rechteckig ist, ist es wahrscheinlich, dass der Innendruck am Eckbereich des Rechtecks minimiert und der Innendruck in der Mitte der langen Seite des Rechtecks maximiert ist. Der Innendruck in der Mitte der langen Seite des Rechtecks kann weniger als oder gleich dem 10-fachen des Innendrucks im Eckbereich des Rechtecks sein.
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zur Berechnung des Innendrucks an der äußeren Umfangsfläche des Klebeflächenkörpers beschrieben. Der Innendruck an der äußeren Umfangsfläche des Klebeflächenkörpers wird durch Berechnung unter Verwendung von Strukturparametern des Fließverhinderungsrahmens, des Klebeflächenkörpers und dergleichen ermittelt. Das Verfahren zur Berechnung des Innendrucks an der äußeren Umfangsfläche des Klebeflächenkörpers weist beispielsweise ein Verfahren zur Anwendung der Ergun-Gleichung auf.
  • Das Material des Fließverhinderungsrahmens 8 hat eine ausreichende Festigkeit, um den Klebeflächenkörper 6 einzuschränken, der sich unter hohem Druck von z. B. 10 MPa verformt und fließt. Vor der thermischen Druckverbindung ist die Höhe des Fließverhinderungsrahmens 8 wünschenswerterweise größer als die Höhe des Klebeflächenkörpers 6. Der Fließverhindungsrahmen 8 wird durch die thermische Druckverbindung verformt. Nach der thermischen Druckverbindung ist die Dicke des Fließverhinderungsrahmens 8 wünschenswerterweise gleich oder größer als die Dicke des Klebeflächenkörpers 6.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100 nach der ersten Ausführungsform ist der Innendruck der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 gleichmäßig. Daher sind die Anzahl und Größe der in dem Klebeflächenkörper 6 verbleibenden Hohlräume reduziert. Die Größe (Durchmesser) der in dem Klebeflächenkörper 6 vorhandenen Hohlräume kann beispielsweise weniger als oder gleich 20 µm betragen. Mit dieser Konfiguration können die Klebefähigkeit, die Wärmeabführung und die Isolierung des Klebeflächenkörpers 6 verbessert werden. Infolgedessen kann die Zuverlässigkeit der Leistungshalbleitervorrichtung 100 verbessert werden. Daher ist es möglich, eine Vergrößerung des Befestigungsbereichs und eine Erhöhung der Kosten aufgrund der Bildung eines zusätzlichen Konstruktionsrandes zu unterdrücken.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform bezeichnet, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Der Querschnitt in 5 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie III-III in 2. Wie in 5 dargestellt, ist die innere Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6 gesehen kreisförmig. In ähnlicher Weise ist die äußere Umfangsfläche 6c der Klebeflächenkörper 6 kreisförmig. Der Fließverhinderungsrahmen 8 hat die Form eines Rings.
  • In Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers 6 betrachtet, ist der Abstand zwischen der Mitte des Klebeflächenkörpers 6 und der inneren Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 (oder der äußeren Umfangsfläche 6c der Klebeflächenkörper 6) an jedem Punkt der inneren Umfangsfläche 18 gleich groß. Dadurch kann der Fluidwiderstand während der thermischen Druckverbindung konstant gehalten werden. Infolgedessen kann die Fließmenge des Klebeflächenkörpers 6 in allen Richtungen in der Ebene von der Mitte des Klebeflächenkörpers 6 aus gesehen einheitlich gestaltet werden. Somit kann der Innendruck der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 gleichmäßig gestaltet werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration der Leistungsmoduleinheit 200 der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
  • Wie in 7 dargestellt, hat die Leistungsmoduleinheit 200 eine Verbindungsfläche 9. Die Verbindungsfläche 9 ist eine Fläche, die mit dem Klebeflächenkörper 6 in Kontakt steht. Die Verbindungsfläche 9 weist den Wärmespreizer 3 und den Formharzbereich 5 auf. Die Verbindungsfläche 9 hat eine gekrümmte Form. Die Leistungsmoduleinheit 200 ist am Eckbereich (erster Eckbereich 9b) der Verbindungsfläche 9 am dünnsten und im Zentrum (erstes Zentrum 9a) der Verbindungsfläche 9 am dicksten. Die Verbindungsfläche 9 kann eine konvex gekrümmte Fläche sein, die sich radial und kontinuierlich vom Zentrum (erstes Zentrum 9a) aus erstreckt.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in 6. In 8 ist der Querschnitt parallel zur Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers 6 dargestellt. Wie in 8 dargestellt, kann die Dicke des Klebeflächenkörpers 6 im Querschnitt vom zentralen Bereich 6a zur äußeren Umfangsfläche 6c hin zunehmen. Im Querschnitt kann die Dicke der äußeren Wandfläche 28 des Fließverhinderungsrahmens 8 größer sein als die Dicke der inneren Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8. Die Dicke der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 kann größer sein als der Maximalwert der Dicke des zentralen Bereichs 6a des Klebeflächenkörpers 6.
  • Der Fließverhinderungsrahmen 8 hat eine erste Fläche 38 und eine zweite Fläche 48. Die zweite Fläche 48 befindet sich auf der zur ersten Fläche 38 gegenüberliegenden Seite. Die erste Fläche 38 ist in Kontakt mit dem Formharzbereich 5. Die zweite Fläche 48 ist in Kontakt mit dem Trägerelement 7. Der Abstand zwischen der ersten Fläche 38 und der zweiten Fläche 48 kann von der inneren Umfangsfläche 18 zur äußeren Wandfläche 28 hin zunehmen. Die erste Fläche 38 kann gekrümmt sein. Die zweite Fläche 48 kann eben sein.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in 8. Wie in 9 dargestellt, kann die innere Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6 gesehen quadratisch oder rechteckig sein. In ähnlicher Weise kann die äußere Form des Klebeflächenkörpers 6 quadratisch oder rechteckig sein. Die äußere Wandfläche 28 des Fließverhinderungsrahmens 8 kann quadratisch oder rechteckig sein. Die Dicke des Klebeflächenkörpers 6 im Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 kann größer sein als die Dicke des Klebeflächenkörpers 6 in der Mitte einer Seite der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform ist der Spalt zwischen dem Klebeflächenkörper 6 und der Leistungsmoduleinheit 200 in der Dickenrichtung an dem Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c, der am weitesten vom Zentrum des Klebeflächenkörpers 6 entfernt ist, vor dem thermischen Druckverbinden am größten. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Querschnittsfläche eines Fließwegs ist, desto leichter fließt das Fluid. Daher kann durch die Vergrößerung des Spalts zwischen dem Klebeflächenkörper 6 und der Leistungsmoduleinheit 200 in Richtung der Dicke ein Effekt zur Erhöhung der Fließmenge des Klebeflächenkörpers 6 erwartet werden.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform ist die Leistungsmoduleinheit 200 an dem Eckbereich (erster Eckbereich 9b) der Verbindungsfläche 9 am dünnsten und im Zentrum (erstes Zentrum 9a) der Verbindungsfläche 9 am dicksten. Daher kann der Unterschied in der Fließmenge des Klebeflächenkörpers 6 am Außenumfang des Klebeflächenkörpers 6 reduziert werden.
  • Es ist daher zu erwarten, dass sich der Innendruck des Klebeflächenkörpers 6 vereinheitlicht. Infolgedessen können die Zuverlässigkeit der Verbindung, die Wärmeabführung und die Zuverlässigkeit der Isolierung der Leistungshalbleitervorrichtung 100 verbessert werden. Daher ist es möglich, eine Vergrößerung der Befestigungsfläche und eine Erhöhung der Kosten aufgrund der Bildung einer zusätzlichen Konstruktionsrandes zu unterdrücken.
  • Vierte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 10 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. 11 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Trägerelements der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
  • Wie in 11 dargestellt, hat das Trägerelement 7 eine Oberseite 15. Die Oberseite 15 ist eine dem Klebeflächenkörper 6 zugewandte Fläche. Die Oberseite 15 wird durch den Körperbereich 7a gebildet. Die Oberseite 15 hat eine obere Fläche 16, eine Seitenfläche 11a und eine Bodenfläche 11b. Die obere Fläche 16 ist durchgehend mit der Seitenfläche 11a verbunden. Die Seitenfläche 11a ist durchgehend mit der Bodenfläche 11b verbunden. Die obere Fläche 16 ist von der Bodenfläche 11b getrennt. Die Oberseite 15 ist mit einer Nut 11 ausgebildet.
  • Die Nut 11 wird durch die Seitenfläche 11a und die Bodenfläche 11b begrenzt. Die Nut 11 ist am Eckbereich (zweiter Eckbereich 15b) der Bodenfläche 11b am tiefsten und im Zentrum (zweites Zentrum 15a) der Bodenfläche am flachsten. Die Bodenfläche 11b kann eine konvex gekrümmte Oberfläche sein, die sich radial und kontinuierlich vom Zentrum (zweites Zentrum 15a) aus erstreckt.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 10. In 12 ist der Querschnitt parallel zur Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers 6 dargestellt. Wie in 12 dargestellt, können der Klebeflächenkörper 6 und der Fließverhinderungsrahmen 8 innerhalb der Nut 11 angeordnet sein. Die Klebeflächenkörper 6 und der Fließverhinderungsrahmen 8 können in Kontakt mit der Bodenfläche 11b der Nut 11 sein. Der Fließverhinderungsrahmen 8 kann mit der Seitenfläche 11a der Nut 11 in Kontakt sein.
  • Wie in 12 dargestellt, kann die Dicke des Klebeflächenkörpers 6 im Querschnitt vom zentralen Bereich 6a zur äußeren Umfangsfläche 6c hin zunehmen. Im Querschnitt kann die Dicke der äußeren Wandfläche 28 des Fließverhinderungsrahmens 8 größer sein als die Dicke der inneren Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8. Die Dicke der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 kann größer sein als der Maximalwert der Dicke des zentralen Bereichs 6a.
  • Der Fließverhinderungsrahmen 8 hat eine erste Fläche 38 und eine zweite Fläche 48. Die zweite Fläche 48 befindet sich auf der zur ersten Fläche 38 gegenüberliegenden Seite. Die erste Fläche 38 ist in Kontakt mit dem Formharzbereich 5. Die zweite Fläche 48 ist in Kontakt mit dem Trägerelement 7. Der Abstand zwischen der ersten Fläche 38 und der zweiten Fläche 48 kann von der inneren Umfangsfläche 18 zur äußeren Wandfläche 28 hin zunehmen. Die erste Fläche 38 kann eben sein. Die zweite Fläche 48 kann gekrümmt sein.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12. Wie in 13 dargestellt, kann die innere Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6 gesehen quadratisch oder rechteckig sein. In ähnlicher Weise kann die äußere Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 quadratisch oder rechteckig sein. Die äußere Wandfläche 28 des Fließverhinderungsrahmens 8 kann quadratisch oder rechteckig sein. Die Dicke des Klebeflächenkörpers 6 am Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 kann größer sein als die Dicke des Klebeflächenkörpers 6 in der Mitte einer Seite der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform ist der Spalt zwischen dem Klebeflächenkörper 6 und der Leistungsmoduleinheit 200 in der Dickenrichtung an dem Eckbereich der äußeren Umfangsfläche 6c, der am weitesten vom Zentrum des Klebeflächenkörpers 6 entfernt ist, vor dem thermischen Druckverbinden am größten. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Querschnittsfläche eines Fließwegs ist, desto leichter fließt das Fluid. Daher kann durch die Vergrößerung des Spalts zwischen dem Klebeflächenkörper 6 und der Leistungsmoduleinheit 200 in Richtung der Dicke ein Effekt zur Erhöhung der Fließmenge des Klebeflächenkörpers 6 erwartet werden.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform ist die Tiefe der Nut 11 am Eckbereich (zweiter Eckbereich 15b) der Bodenfläche 11b am größten und im Zentrum (zweites Zentrum 15a) der Bodenfläche 11b am kleinsten. Daher kann der Unterschied in der Fließmenge des Klebeflächenkörpers 6 am Außenumfang des Klebeflächenkörpers 6 verringert werden. Es ist daher zu erwarten, dass sich der Innendruck des Klebeflächenkörpers 6 vereinheitlicht.
  • Infolgedessen können die Zuverlässigkeit der Verbindung, die Wärmeabführung und die Zuverlässigkeit der Isolierung der Leistungshalbleitervorrichtung 100 verbessert werden. Daher ist es möglich, eine Vergrößerung der Befestigungsfläche und eine Erhöhung der Kosten aufgrund der Bildung eines zusätzlichen Konstruktionsrahmens zu unterdrücken.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 14 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. Der Querschnitt in 14 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie III-III in 2. Wie in 14 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18 einen Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Seitenbereich 18b schließt an den Eckbereich 18a an. Der Seitenbereich 18b ist so gekrümmt, dass er nach innen ragt. Wie in 14 dargestellt, nimmt die Breite des Fließverhinderungsrahmens 8 von der Mitte des Seitenbereichs 18b in Richtung des Eckbereichs 18a ab, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Die äußere Wandfläche 28 des Fließverhinderungsrahmens 8 kann rechteckig oder quadratisch sein.
  • Der Fließverhinderungsrahmen 8 besteht zum Beispiel aus Vollmaterial. Vor der thermischen Druckverbindung ist die Dicke des Fließverhinderungsrahmens 8 größer oder gleich der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Fließverhinderungsrahmen 8 wird während der thermischen Druckverbindung verformt. Nach der thermischen Druckverbindung ist die Dicke des Fließverhinderungsrahmens 8 größer oder gleich der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Das Material mit den oben genannten Eigenschaften ist beispielsweise ein Weichmetall, wie etwa Zinn oder ein Gummimaterial auf Silikonbasis.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform ändert sich der Abstand in der Richtung in der Ebene zwischen der inneren Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 und der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 kontinuierlich, so dass er an dem Eckbereich am größten ist. Beim Kontakt mit dem Fließverhinderungsrahmen 8 kann die äußere Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6, die zum Zeitpunkt der thermischen Druckverbindung fließt, nicht mehr fließen. Daher fließt der Klebeflächenkörper 6 leicht zu der Seite, an der der Abstand breit ist, d.h. zur Eckseite des Klebeflächenkörpers 6. Auf diese Weise kann der Innendruck der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 gleichmäßig gestaltet werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der sechsten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 15 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. Der Querschnitt in 15 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie III-III in 2. In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der sechsten Ausführungsform ist der Fließverhinderungsrahmen 8 aus einem porösen Körper gebildet. Im Gegensatz zur ersten bis fünften Ausführungsform tritt der Klebeflächenkörper 6, der während des thermischen Druckverbindens fließt, in das Innere des Fließverhinderungsrahmens 8 ein.
  • Wenn der Klebeflächenkörper 6 das Innere des Fließverhinderungsrahmens 8 passiert, wird ein Fluidwiderstand gegen den Klebeflächenkörper 6 erzeugt. Daher kann das Fließen des Klebeflächenkörpers 6 eingeschränkt werden. Auf diese Weise kann der Innendruck des Klebeflächenkörpers 6 gleichmäßig gestaltet werden. Als Material des Fließverhinderungsrahmens 8 wird ein Material gewählt, bei dem sich der Klebeflächenkörper 6 in ähnlicher Weise verformt wie bei der fünften Ausführungsform. Das Material des Fließverhinderungsrahmens 8 ist zum Beispiel ein poröser Körper, wie etwa aus Zellulosefasern, Glasfasern, geschäumtem Harz oder poröser Keramik.
  • Wie in 15 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18 einen Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Seitenbereich 18b schließt an den Eckbereich 18a an. Der Seitenbereich 18b hat eine lineare Form. Der Porendurchmesser des porösen Körpers nimmt vom Zentrum des Seitenbereichs 18b in Richtung des Eckbereichs 18a zu. Insbesondere ist der Porendurchmesser des Fließverhinderungsrahmens 8 am Eckbereich 18a am größten und der Porendurchmesser des Fließverhinderungsrahmens 8 ist im Zentrum des Seitenbereichs 18b am kleinsten.
  • Wie in 15 dargestellt, kann der Fließverhinderungsrahmen 8 einen ersten Bereich 8a, einen zweiten Bereich 8b, einen dritten Bereich 8c, einen vierten Bereich 8d, einen fünften Bereich 8e, einen sechsten Bereich 8f und einen siebten Bereich 8g aufweisen. Der erste Bereich 8a bildet das Zentrum des Seitenbereichs. Der fünfte Bereich 8e bildet den Eckbereich. Der zweite Bereich 8b befindet sich auf jeder Seite des ersten Bereichs 8a. Der dritte Bereich 8c befindet sich zwischen dem zweiten Bereich 8b und dem vierten Bereich 8d. Der vierte Bereich 8d befindet sich zwischen dem dritten Bereich 8c und dem fünften Bereich 8e. Der fünfte Bereich 8e befindet sich zwischen dem vierten Bereich 8d und dem sechsten Bereich 8f. Der sechste Bereich 8f liegt zwischen dem fünften Bereich 8e und dem siebten Bereich 8g. Der siebte Bereich 8g ist ein Eckbereich des Fließverhinderungsrahmens 8.
  • Der Porendurchmesser im zweiten Bereich 8b ist größer als der Porendurchmesser im ersten Bereich 8a. Der Porendurchmesser im dritten Bereich 8c ist größer als der Porendurchmesser im zweiten Bereich 8b. Der Porendurchmesser im vierten Bereich 8d ist größer als der Porendurchmesser im dritten Bereich 8c. Der Porendurchmesser im fünften Bereich 8e ist größer als der Porendurchmesser im vierten Bereich 8d. Der Porendurchmesser im sechsten Bereich 8f ist größer als der Porendurchmesser im fünften Bereich 8e. Der Porendurchmesser im siebten Bereich 8g ist größer als der Porendurchmesser im sechsten Bereich 8f.
  • In einem anderen Modus kann in einem Fall, in dem die Porendurchmesser gleich sind, die Dichte der Poren des Fließverhinderungsrahmens 8 im Eckbereich am höchsten und die Dichte der Poren des Fließverhinderungsrahmens 8 in der Mitte des Seitenbereichs am niedrigsten sein. Insbesondere kann die Dichte der Poren im zweiten Bereich 8b höher sein als die Dichte der Poren im ersten Bereich 8a. Die Dichte der Poren im dritten Bereich 8c kann höher sein als die Dichte der Poren im zweiten Bereich 8b. Die Dichte der Poren im vierten Bereich 8d kann höher sein als die Dichte der Poren im dritten Bereich 8c. Die Dichte der Poren im fünften Bereich 8e kann höher sein als die Dichte der Poren im vierten Bereich 8d. Die Dichte der Poren im sechsten Bereich 8f kann höher sein als die Dichte der Poren im fünften Bereich 8e. Die Dichte der Poren im siebten Bereich 8g kann höher sein als die Dichte der Poren im sechsten Bereich 8f.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der sechsten Ausführungsform ist, wenn der Klebeflächenkörper 6 das Innere des Fließverhinderungsrahmens 8 passiert, der Fluidwiderstand im Zentrum des Seitenbereichs am größten, und der Fluidwiderstand ist am Eckbereich am kleinsten. Daher fließt der Klebeflächenkörper 6 leicht zur Eckseite des Klebeflächenkörpers 6. So kann der Innendruck der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörper 6 gleichmäßig gestaltet werden.
  • Siebte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der siebten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform bezeichnet, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 16 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der siebten Ausführungsform zeigt. Der Querschnitt in 16 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie III-III in 2. In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der siebten Ausführungsform ist der Fließverhinderungsrahmen 8 aus einem porösen Körper gebildet. Wie in 16 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18 einen Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Seitenbereich 18b schließt an den Eckbereich 18a an.
  • Der Seitenbereich 18b hat eine lineare Form. Wie in 16 dargestellt, nimmt die Breite des Fließverhinderungsrahmens 8 vom Zentrum des Seitenbereichs 18b zum Eckbereich 18a hin ab. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, ist die Breite des Fließverhinderungsrahmens 8 im Zentrum des Seitenbereichs 18b am größten, und die Breite des Fließverhinderungsrahmens 8 ist am Eckbereich 18a am kleinsten.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der siebten Ausführungsform ist der Fluidwiderstand im Zentrum des Seitenbereichs am größten und im Eckbereich am kleinsten, wenn der Klebeflächenkörper 6 das Innere des Fließverhinderungsrahmens 8 passiert. Daher fließt die Klebeflächenkörper 6 leicht zur Eckseite des Klebeflächenkörpers 6. So kann der Innendruck der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 gleichmäßig gestaltet werden.
  • Achte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der achten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 17 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der achten Ausführungsform zeigt. Der Querschnitt in 17 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie III-III in 2. 18 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVIII-XVIII in 17. Wie in 18 dargestellt, kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der achten Ausführungsform der Fließverhinderungsrahmen 8 zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichen Materialien aufweisen. Wie in 18 dargestellt, weist der Fließverhinderungsrahmen 8 eine Vielzahl von in Dickenrichtung laminierten Schichten auf.
  • Insbesondere weist der Fließverhinderungsrahmen 8 beispielsweise eine erste Schicht 13a, eine zweite Schicht 13b und eine dritte Schicht 13c auf. Die zweite Schicht 13b liegt auf der dritten Schicht 13c. Die erste Schicht 13a liegt auf der zweiten Schicht 13b. Die zweite Schicht 13b befindet sich zwischen der ersten Schicht 13a und der dritten Schicht 13c. Das Material der ersten Schicht 13a unterscheidet sich vom Material der zweiten Schicht 13b. Das Material der dritten Schicht 13c ist ein anderes als das der zweiten Schicht 13b. Das Material der ersten Schicht 13a kann zum Beispiel ein poröser Körper sein, und das Material der zweiten Schicht 13b kann ein Vollmaterial sein. Das Vollmaterial ist zum Beispiel ein weiches Metall, wie etwa Zinn oder ein Gummimaterial auf Silikonbasis.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100 nach der achten Ausführungsform kann der Fließverhinderungsrahmen 8 mit einer gewünschten Dicke durch Laminieren einer Vielzahl von Materialien gebildet werden, von denen jedes nur schwer in der Dicke erhöht werden kann. Dies ermöglicht es, den Auswahlbereich für das Material des Fließverhinderungsrahmens 8 zu erweitern, was im Hinblick auf die einfache Auswahl und die Materialkosten vorteilhaft ist.
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten Modifikation der achten Ausführungsform beschrieben. Die Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Modifikation der achten Ausführungsform verwendet einen Fließverhinderungsrahmen 8 mit der in 14 dargestellten Form. Wie insbesondere in 14 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18 des Fließverhinderungsrahmens 8 einen Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Seitenbereich 18b schließt an den Eckbereich 18a an. Der Seitenbereich 18b ist so gekrümmt, dass er nach innen ragt. Die Breite des Fließverhinderungsrahmens 8 nimmt von der Mitte des Seitenbereichs 18b zum Eckbereich 18a hin ab.
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß einer zweiten Modifikation der achten Ausführungsform beschrieben. Die Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der zweiten Modifikation der achten Ausführungsform verwendet einen Fließverhinderungsrahmen 8 mit der in 15 dargestellten Form. Insbesondere besteht der Fließverhinderungsrahmen 8 aus einem porösen Körper.
  • Wie in 15 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18 einen Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Seitenbereich 18b schließt an den Eckbereich 18a an. Der Seitenbereich 18b hat eine lineare Form. Der Porendurchmesser des porösen Körpers nimmt vom Zentrum des Seitenbereichs 18b in Richtung des Eckbereichs 18a zu. Die Dichte der Poren des porösen Körpers kann vom Zentrum des Seitenbereichs 18b in Richtung des Eckbereichs 18a zunehmen.
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß einer dritten Modifikation der achten Ausführungsform beschrieben. Die Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der dritten Modifikation der achten Ausführungsform verwendet einen Fließverhinderungsrahmen 8 mit der in 16 dargestellten Form. Insbesondere ist der Fließverhinderungsrahmen 8 aus einem porösen Körper hergestellt.
  • Wie in 16 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18 einen Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Seitenbereich 18b schließt an den Eckbereich 18a an. Der Seitenbereich 18b hat eine lineare Form. Die Breite des Fließverhinderungsrahmens 8 nimmt vom Zentrum des Seitenbereichs 18b zum Eckbereich 18a hin ab.
  • Neunte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der neunten Ausführungsform beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden durch die gleichen Bezugszeichen wie die der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform bezeichnet, und die Beschreibung derselben wird nicht wiederholt. Eine Konfiguration, die sich von der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet, wird im Folgenden hauptsächlich beschrieben.
  • 19 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der neunten Ausführungsform zeigt. Der Querschnitt in 19 entspricht dem Querschnitt entlang der Linie III-III in 2. 20 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie XX-XX in 19. Wie in 19 dargestellt, hat die innere Umfangsfläche 18 einen Eckbereich 18a und einen Seitenbereich 18b, gesehen in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers 6. Der Seitenbereich 18b ist durchgehend mit dem Eckbereich 18a.
  • Wie in den 19 und 20 dargestellt, weist die Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der neunten Ausführungsform eine Vielzahl von Ausnehmungen 12 auf, die in der inneren Umfangsfläche 18 vorgesehen sind. Die Dichte der Vielzahl von Ausnehmungen 12 nimmt vom Zentrum des Seitenbereichs in Richtung des Eckenbereichs ab. Das Material des Fließverhinderungsrahmens 8 ist beispielsweise ein Vollmaterial. Die Vielzahl der Ausnehmungen 12 kann in Richtung der Dicke des Fließverhinderungsrahmens 8 verteilt sein, wie in 20 dargestellt, oder in Richtung der Breite des Fließverhinderungsrahmens 8 verteilt sein. Der Klebeflächenkörper 6 tritt zumindest in einen Bereich der Vielzahl von Ausnehmungen 12 ein. Die Vielzahl der Ausnehmungen 12 kann an der äußeren Wandfläche 28 des Fließverhinderungsrahmens 8 freiliegen.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß der neunten Ausführungsform ist der Fluidwiderstand am größten im Zentrum des Seitenbereichs und am kleinsten am Eckbereich, wenn der Klebeflächenkörper 6 das Innere des Fließverhinderungsrahmens 8 passiert. Daher fließt der Klebeflächenkörper 6 leicht zur Eckseite des Klebeflächenkörpers 6. So kann der Innendruck der äußeren Umfangsfläche 6c des Klebeflächenkörpers 6 gleichmäßig gestaltet werden.
  • Zehnte Ausführungsform
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß einer der ersten bis neunten Ausführungsformen auf eine Leistungswandlervorrichtung angewendet. In der zehnten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung auf einen dreiphasigen Wechselrichter angewendet wird, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Leistungswandlervorrichtung beschränkt ist.
  • 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungswandlersystems veranschaulicht, auf das die Leistungswandlervorrichtung gemäß der zehnten Ausführungsform angewendet wird.
  • Das in 21 dargestellte Leistungswandlersystem weist eine Stromversorgung 150, eine Leistungswandlervorrichtung 250 und eine Last 300 auf. Die Stromversorgung 150 ist eine Gleichstromversorgung und liefert Gleichstrom an die Leistungswandlervorrichtung 250. Die Stromversorgung 150 kann von beliebigem Typ sein. So kann die Stromversorgung 150 beispielsweise aus einem Gleichstromsystem, einer Solarzelle und einem Akku bestehen oder aus einer Gleichrichterschaltung oder einem AC/DC-Wandler, der an ein Wechselstromsystem angeschlossen ist. Alternativ kann die Stromversorgung 150 aus einem DC/DC-Wandler bestehen, der die vom Gleichstromsystem abgegebene Gleichstromleistung in eine vorgegebene Leistung umwandelt.
  • Die Leistungswandlervorrichtung 250 ist ein dreiphasiger Wechselrichter, der zwischen die Stromversorgung 150 und die Last 300 geschaltet ist, die von der Stromversorgung 150 gelieferte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt und die Wechselstromleistung an die Last 300 liefert. Wie in 21 dargestellt, weist die Leistungswandlervorrichtung 250 eine Hauptwandlerschaltung 251 auf, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und den Wechselstrom ausgibt, und eine Steuerschaltung 253, die ein Steuersignal zur Steuerung der Hauptwandlerschaltung 251 an die Hauptwandlerschaltung 251 ausgibt.
  • Bei der Last 300 handelt es sich um einen dreiphasigen Elektromotor, der durch die von der Leistungswandlervorrichtung 250 gelieferte Wechselstromleistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf eine bestimmte Anwendung beschränkt und ist ein Elektromotor, der an verschiedenen elektrischen Geräten angebracht ist, wie z. B. ein Elektromotor für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Aufzug oder eine Klimaanlage.
  • Die Einzelheiten der Leistungswandlervorrichtung 250 werden im Folgenden beschrieben. Die Hauptwandlerschaltung 251 enthält ein Schaltelement und eine Freilaufdiode (nicht dargestellt), wandelt die von der Stromversorgung 150 gelieferte Gleichstromenergie durch Schalten des Schaltelements in Wechselstromenergie um und liefert die Wechselstromenergie an die Last 300. Obwohl es verschiedene spezifische Schaltungsstrukturen der Hauptwandlerschaltung 251 gibt, kann die Hauptwandlerschaltung 251 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine zweistufige dreiphasige Vollbrückenschaltung mit sechs Schaltelementen und sechs Freilaufdioden sein, die antiparallel zu den jeweiligen Schaltelementen angeordnet sind.
  • Jedes Schaltelement und jede Freilaufdiode der Hauptwandlerschaltung 251 wird durch ein Halbleitermodul 252 gebildet, das einer der oben beschriebenen ersten bis neunten Ausführungsformen entspricht. Die sechs Schaltelemente sind zu je zwei Schaltelementen in Reihe geschaltet, um obere und untere Arme zu bilden, und jeder der oberen und unteren Arme bildet jede Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Die Ausgangsanschlüsse der oberen und unteren Arme, d.h. die drei Ausgangsanschlüsse der Hauptwandlerschaltung 251, sind mit der Last 300 verbunden.
  • Ferner enthält die Hauptwandlerschaltung 251 eine Treiberschaltung (nicht dargestellt), die jedes Schaltelement ansteuert. Die Treiberschaltung kann in das Halbleitermodul 252 integriert sein oder separat vom Halbleitermodul 252 ausgebildet sein. Die Treiberschaltung erzeugt ein Ansteuersignal zur Ansteuerung der Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 251 und liefert das Ansteuersignal zur Steuerung der Elektroden jedes Schaltelements der Hauptwandlerschaltung 251.
  • Insbesondere gibt die Treiberschaltung an die Steuerelektrode jedes Schaltelements ein Ansteuersignal zum Einschalten des Schaltelements und ein Ansteuersignal zum Ausschalten des Schaltelements in Übereinstimmung mit einem Steuersignal von der Steuerschaltung 253 aus, das später beschrieben wird. Wenn das Schaltelement im EIN-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal), das gleich oder höher als eine Schwellenspannung des Schaltelements ist, und wenn das Schaltelement im AUS-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal), das gleich oder niedriger als die Schwellenspannung des Schaltelements ist.
  • Die Steuerschaltung 253 steuert die Schaltelemente der Hauptwandlerschaltung 251 so, dass die gewünschte Leistung an die Last 300 geliefert wird. Insbesondere berechnet die Steuerschaltung 253 auf der Grundlage der an die Last 300 zu liefernden Leistung eine Zeit (EIN-Zeit), während der jedes Schaltelement der Hauptwandlerschaltung 251 eingeschaltet werden soll. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 253 die Hauptwandlerschaltung 251 durch eine PWM-Steuerung steuern, die die EIN-Zeit des Schaltelements entsprechend der auszugebenden Spannung moduliert.
  • Dann gibt die Steuerschaltung 253 einen Steuerbefehl (Steuersignal) an die in der Hauptwandlerschaltung 251 enthaltene Treiberschaltung aus, so dass zu jedem Zeitpunkt das EIN-Signal an das einzuschaltende Schaltelement und das AUS-Signal an das auszuschaltende Schaltelement ausgegeben wird. Die Treiberschaltung gibt das EIN-Signal oder das AUS-Signal als Ansteuersignal an die Steuerelektrode jedes Schaltelements in Übereinstimmung mit dem Steuersignal aus.
  • Die Leistungswandlervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Leistungshalbleitervorrichtung 100 gemäß einer der ersten bis neunten Ausführungsformen als das Schaltelement und die Freilaufdiode der Hauptwandlerschaltung 251, so dass die Zuverlässigkeit der Leistungswandlervorrichtung verbessert werden kann.
  • Die vorliegende Ausführungsform hat das Beispiel beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung auf einen zweistufigen dreiphasigen Wechselrichter angewendet wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann auf verschiedene Leistungswandlervorrichtungen angewendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wurde die zweistufige Leistungswandlervorrichtung beschrieben.
  • Es kann jedoch auch eine dreistufige oder mehrstufige Leistungswandlervorrichtung verwendet werden, oder die vorliegende Erfindung kann auf einen einphasigen Wechselrichter angewendet werden, wenn eine einphasige Last mit Strom versorgt wird. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung in einem Fall, in dem Strom an eine Gleichstromlast oder ähnliches geliefert wird, auch auf einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler angewendet werden.
  • Darüber hinaus ist die Leistungswandlervorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wird, nicht auf die oben beschriebene Vorrichtung beschränkt, die für einen als Last dienenden Elektromotor verwendet wird, und kann beispielsweise als Stromversorgungsvorrichtung einer elektrischen Entladungsmaschine, einer Laserstrahlmaschine, eines Induktionsheizherds oder eines berührungslosen Stromversorgungssystems und als Leistungsaufbereiter eines Solarstromerzeugungssystems, eines Stromspeichersystems oder dergleichen verwendet werden.
  • Es sollte klar sein, dass die hier angegebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur illustrativ und nicht beschränkend sind. Zumindest zwei der hierin offenbarten Ausführungsformen können kombiniert werden, solange es keinen Widerspruch gibt. Der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche definiert und soll Bedeutungen einschließen, die zu den Ansprüchen und allen Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs äquivalent sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungshalbleiterelement
    2a
    erstes Metallverdrahtungselement
    2b
    zweites Metallverdrahtungselement
    2c
    drittes Metallverdrahtungselement
    3
    Wärmespreizer
    4a
    erstes Metallverbindungselement
    4b
    zweites Metallverbindungselement
    5
    Formharzbereich
    6
    Klebeflächenkörper
    6a
    zentraler Bereich
    6b
    äußerer Umfangsbereich
    6c
    äußere Umfangsfläche
    7
    Trägerelement
    7a
    Körperbereich
    7b
    Rippe
    8
    Fließverhinderungsrahmen
    8a
    erster Bereich
    8b
    zweiter Bereich
    8c
    dritter Bereich
    8d
    vierter Bereich
    8e
    fünfter Bereich
    8f
    sechster Bereich
    8g
    siebter Bereich
    9
    Verbindungsfläche
    9a
    erstes Zentrum
    9b
    erster Eckbereich
    11
    Nut
    11a
    Seitenfläche
    11b
    Bodenfläche
    12
    Ausnehmung
    13a
    erste Schicht
    13b
    zweite Schicht
    13c
    dritte Schicht
    15
    Oberseite
    15a
    zweites Zentrum
    15b
    zweiter Eckbereich
    16
    obere Fläche
    18
    innere Umfangsfläche
    18a
    Eckbereich
    18b
    Seitenbereich
    28
    äußere Wandfläche
    38
    erste Fläche
    48
    zweite Fläche
    61
    Spalt
    100
    Leistungshalbleitervorrichtung
    150
    Stromversorgung
    200
    Leistungsmoduleinheit
    250
    Leistungswandlervorrichtung
    251
    Hauptwandlerschaltung
    252
    Halbleitermodul
    253
    Steuerschaltung
    300
    Last
  • 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 2012174965 A [0008]
    • JP 2012 [0009]
    • JP 174965 A [0009]

Claims (14)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, die Folgendes aufweist: - eine Leistungsmoduleinheit; - einen Klebeflächenkörper, der mit der Leistungsmoduleinheit verbunden ist; - ein Trägerelement, das mit der Leistungsmoduleinheit verbunden ist, wobei der Klebeflächenkörper zwischen der Leistungsmoduleinheit und dem Trägerelement angeordnet ist; und - einen Fließverhinderungsrahmen, der sandwichartig zwischen der Leistungsmoduleinheit und dem Trägerelement angeordnet ist und um den Klebeflächenkörper herumgelegt ist, wobei der Klebeflächenkörper eine äußere Umfangsfläche aufweist, die an eine innere Umfangsfläche des Fließverhinderungsrahmens angrenzt, und ein Wert, der durch Dividieren eines Maximalwerts eines Innendrucks auf der äußeren Umfangsfläche durch einen Minimalwert des Innendrucks erhalten wird, kleiner als oder gleich 10 ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Umfangsfläche eine rechteckige Form mit einem Eckbereich aufweist, der in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers gesehen abgerundet ist, und wobei der Eckbereich einen Krümmungsradius aufweist, der größer als oder gleich 1/30 der Länge einer langen Seite der rechteckigen Form ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere Umfangsfläche in Richtung der Dicke des Klebeflächenkörpers gesehen kreisförmig ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Klebeflächenkörper einen zentralen Bereich aufweist, der von der äußeren Umfangsfläche umgeben ist, und wobei der Klebeflächenkörper eine Dicke aufweist, die von dem zentralen Bereich in Richtung der äußeren Umfangsfläche zunimmt.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fließverhinderungsrahmen eine einzelne Schicht aufweist.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die innere Umfangsfläche einen Eckbereich und einen Seitenbereich aufweist, der in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers gesehen mit dem Eckbereich durchgehend ist, wobei der Seitenbereich so gebogen ist, dass er nach innen ragt, und wobei der Fließverhinderungsrahmen eine Breite aufweist, die vom Zentrum des Seitenbereichs in Richtung des Eckbereichs abnimmt.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Fließverhinderungsrahmen aus einem porösen Körper hergestellt ist, wobei die innere Umfangsfläche einen Eckbereich und einen Seitenbereich aufweist, der in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers gesehen mit dem Eckbereich durchgehend ist, wobei der Seitenbereich linear ist, und wobei ein Porendurchmesser des porösen Körpers vom Zentrum des Seitenbereichs in Richtung des Eckbereichs zunimmt.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Fließverhinderungsrahmen aus einem porösen Körper hergestellt ist, wobei die innere Umfangsfläche einen Eckbereich und einen Seitenbereich aufweist, der in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers gesehen mit dem Eckbereich durchgehend ist, wobei der Seitenbereich linear ist, und wobei der Fließverhinderungsrahmen eine Breite aufweist, die vom Zentrum des Seitenbereichs zum Eckbereich hin abnimmt.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fließverhinderungsrahmen zwei oder mehr Schichten aus unterschiedlichen Materialien aufweist.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die innere Umfangsfläche einen Eckbereich und einen Seitenbereich aufweist, der in einer Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers gesehen mit dem Eckbereich durchgehend ist, wobei der Seitenbereich so gebogen ist, dass er nach innen vorsteht, und wobei der Fließverhinderungsrahmen eine Breite aufweist, die vom Zentrum des Seitenbereichs in Richtung des Eckbereichs abnimmt.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Fließverhinderungsrahmen aus einem porösen Körper hergestellt ist, wobei die innere Umfangsfläche einen Eckbereich und einen Seitenbereich aufweist, der in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers gesehen mit dem Eckbereich durchgehend ist, wobei der Seitenbereich linear ist, und wobei ein Porendurchmesser des porösen Körpers vom Zentrum des Seitenbereichs in Richtung des Eckbereichs zunimmt.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Fließverhinderungsrahmen aus einem porösen Körper hergestellt ist, wobei die innere Umfangsfläche einen Eckbereich und einen Seitenbereich aufweist, der in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers gesehen mit dem Eckbereich durchgehend ist wobei der Seitenbereich linear ist, und wobei der Fließverhinderungsrahmen eine Breite aufweist, die vom Zentrum des Seitenbereichs in Richtung des Eckbereichs abnimmt.
  13. Leistungshalbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei die innere Umfangsfläche einen Eckbereich und einen Seitenbereich aufweist, der in Dickenrichtung des Klebeflächenkörpers gesehen mit dem Eckbereich durchgehend ist, wobei die innere Umfangsfläche mit einer Vielzahl von Ausnehmungen ausgebildet ist, und wobei die Dichte der Vielzahl von Ausnehmungen vom Zentrum des Seitenbereichs in Richtung des Eckbereichs abnimmt.
  14. Leistungswandlervorrichtung, die Folgendes aufweist: - eine Hauptwandlerschaltung, die eine Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist, wobei die Hauptwandlerschaltung die Eingangsleistung umwandelt und die umgewandelte Leistung ausgibt; und - eine Steuerschaltung zur Ausgabe eines Steuersignals zur Steuerung der Hauptwandlerschaltung an die Hauptwandlerschaltung.
DE112020007054.9T 2020-04-10 2020-04-10 Leistungshalbleitervorrichtung und leistungswandlervorrichtung Pending DE112020007054T5 (de)

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