DE112021001717T5 - Leistungsmodul - Google Patents

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Hiromi Shimazu
Yujiro Kaneko
Yusuke Takagi
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Hitachi Astemo Ltd
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Hitachi Astemo Ltd
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Abstract

Ein Leistungsmodul umfasst eine erste Leiterplatte, an die ein erstes Leistungshalbleiterelement gebondet ist, eine zweite Leiterplatte, an die ein zweites Leistungshalbleiterelement gebondet ist, wobei die zweite Leiterplatte benachbart zur ersten Leiterplatte angeordnet ist, ein erstes Wärmeableitungsbauteil, das gegenüber der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, und ein erstes Isolationsblechbauteil, das zwischen dem ersten Wärmeableitungsbauteil und der ersten Leiterplatte angeordnet ist. Das erste Leistungshalbleiterelement ist in einer Position angeordnet, in der eine erste Länge von einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der zweiten Leiterplatte liegt, zum ersten Leistungshalbleiterelement größer ist als eine zweite Länge von einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement, und die zweite Länge größer ist als die Dicke der ersten Leiterplatte.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsmodul.
  • Stand der Technik
  • Ein Leistungsmodul, das eine Leistungsumwandlung durch Schaltoperationen eines Leistungshalbleiterelements durchführt, bietet eine hohe Umwandlungseffizienz und wird daher in Verbraucherprodukten, einer fahrzeuginternen Ausrüstung, einer Eisenbahnausrüstung, Umspannwerkeinrichtungen und dergleichen umfangreich verwendet. Da jedoch das Leistungshalbleiterelement als Ergebnis seiner Schaltoperationen wiederholt Wärme erzeugt, muss das Leistungsmodul im Betrieb sehr zuverlässig sein. Das Leistungsmodul für die Verwendung in einer fahrzeuginternen Ausrüstung muss beispielsweise sehr zuverlässig sein, da eine Verringerung seiner Größe und seines Gewichts gefragt ist.
  • PTL 1 offenbart ein Leistungsmodul, in dem Leiterplatten jeweils an vordere und hintere Oberflächen eines Leistungshalbleiterelements gebondet sind, Wärmeableitungsbauteile jeweils mit den Leiterplatten über Isolationsschichten verbunden sind und vom Leistungshalbleiterelement erzeugte Wärme von den Leiterplatten zu den Wärmeableitungsbauteilen über die Isolationsschichten übertragen wird.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2018-113343 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Komponenten im Leistungsmodul dehnen sich wiederholt aus und ziehen sich zusammen aufgrund von wiederholten Zyklen der Wärmeerzeugung durch das Leistungshalbleiterelement. Folglich lösen sich die Isolationsschichten (Isolationsblechbauteile) zwischen den Leiterplatten und den Wärmeableitungsbauteilen ab, was zu einem Abfall der Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls führt.
  • Lösung für das Problem
  • Ein Leistungsmodul gemäß der. vorliegenden Erfindung umfasst: ein erstes Leistungshalbleiterelement und ein zweites Leistungshalbleiterelement; eine erste Leiterplatte, an die das erste Leistungshalbleiterelement gebondet ist; eine zweite Leiterplatte, an die das zweite Leistungshalbleiterelement gebondet ist, wobei die zweite Leiterplatte benachbart zur ersten Leiterplatte angeordnet ist; ein erstes Wärmeableitungsbauteil, das gegenüber der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist; und ein erstes Isolationsblechbauteil, das zwischen dem ersten Wärmeableitungsbauteil und der ersten Leiterplatte angeordnet ist. In einem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Leistungshalbleiterelement verläuft, ist das erste Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet, in der eine erste Länge von einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der zweiten Leiterplatte liegt, zum ersten Leistungshalbleiterelement größer ist als eine zweite Länge von einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement. Die zweite Länge ist größer als die Dicke der ersten Leiterplatte.
  • Ein Leistungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: ein erstes Leistungshalbleiterelement und ein zweites Leistungshalbleiterelemerit; eine erste Leiterplatte an die das erste Leistungshalbleiterelement gebondet ist; eine zweite Leiterplatte, an die das zweite Leistungshalbleiterelement gebondet ist, wobei die zweite Leiterplatte. benachbart zur ersten Leiterplatte angeordnet ist; ein erstes Wärmeableitungsbauteil, das gegenüber der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist; und ein erstes Isolationsblechbauteil, das zwischen dem ersten Wärmeableitungsbauteil und der ersten Leiterplatte angeordnet ist. In einem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Leistungshalbleiterelement verläuft, ist das erste Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet, in der die zentrale Position des ersten Leistungshalbleiterelements näher an einem Ende der ersten Leiterplatte liegt, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, als an einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der zweiten Leiterplatte liegt, und eine Länge vom Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement größer ist als die Dicke der ersten Leiterplatte, während das zweite Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet ist, in der die zentrale Position des zweiten Leistungshalbleiterelements näher an einem Ende der zweiten Leiterplatte liegt, wobei das Ende von der ersten Leiterplatte entfernt ist, als an einem Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der ersten Leiterplatte liegt, und eine Länge vom Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende von der ersten Leiterplatte entfernt ist, zum zweiten Leistungshalbleiterelement größer ist als die Dicke der zweiten Leiterplatte.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Ablösen des Isolationsblechbauteils verhindert, um die Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls aufrechtzuerhalten.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine Querschnittsansicht eines Metallgehäuses gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • [2] 2 ist eine Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [3] 3 ist eine externe Draufsicht eines Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [4] 4 ist eine Querschnittsansicht des Leistungsmoduls gemäß der ersten Ausführungsform.
    • [5] 5 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    • [6] 6 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen sind beispielhaft für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung und, wenn erforderlich, werden Unterlassungen und eine Vereinfachung in dieser Beschreibung und den Zeichnungen für klare Erläuterungen vorgenommen. Die vorliegende Erfindung kann auch in verschiedenen anderen Formen als den hier beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden. Wenn nicht anders angegeben, ist jedes Bestandteilselement einer Singularform und einer Pluralform beide anwendbar.
  • Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen von Bestandteilselementen, die in den Zeichnungen gezeigt sind, können nicht tatsächliche Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen darstellen. Dies dient zum Erleichtern des Verständnisses der Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht notwendigerweise durch Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen, die in den Zeichnungen angegeben sind, begrenzt.
  • [Erste Ausführungsform]
  • Die vorliegende Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Metallgehäuses 40, in dem ein Halbleitermodul 30 untergebracht ist. Ein Leistungsmodul 100, das später beschrieben wird, ist durch Unterbringen des Halbleitermoduls 30 im Metallgehäuse 40 konfiguriert.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst das Metallgehäuse 40 ein erstes Wärmeableitungsbauteil 7, ein zweites Wärmeableitungsbauteil 8 und einen Rahmen 20. Die Oberfläche des ersten Wärmeableitungsbauteils 7 ist mit mehreren Wärmeableitungsrippen 7a versehen. Die Oberfläche des zweiten Wärmeableitungsbauteils 8 ist mit mehreren Wärmeableitungsrippen 8a versehen.
  • Bei dem ersten Wärmeableitungsbauteil 7 und dem zweiten Wärmeableitungsbauteil 8 sind ihre jeweiligen Umfangsenden 7b und 8b an den Rahmen 20 gebondet auf. Als Bondverfahren kann beispielsweise Rührreibschweißen (FSW), Laserschweißen, Hartlöten oder dergleichen übernommen werden. Unter Verwendung des Metallgehäuses 40 der obigen Form kann der Eintritt eines Kühlmittels in das Leistungsmodul 100 verhindert werden, selbst wenn das Leistungsmodul 100 in einem Kanal angeordnet ist, durch den ein Kühlmittel wie z. B. Wasser, Öl oder eine organische Substanz strömt.
  • in der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Fall, in dem das erste Wärmeableitungsbauteil 7, das zweite Wärmeableitungsbauteil 8 und der Rahmen 20 separate Bauteile sind, beschrieben. Das erste Wärmeableitungsbauteil 7, das zweite Wärmeableitungsbauteil 8 und der Rahmen 20 können jedoch dieselben Bauteile sein oder zu einem einzigen Bauteil integriert sein.
  • Das Metallgehäuse 40, das später mit Bezug auf 3 im Einzelnen beschrieben wird, ist ein Kühler mit einer flachen röhrenförmigen Form mit beispielsweise einem Einsetzschlitz 100a an einer Oberfläche und einem Boden an der anderen Oberfläche. Das Metallgehäuse 40 ist aus einem Bauteil mit elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet, z. B. einem solchen Verbundmaterial wie Cu, einer Cu-Legierung, Cu-C und Cu-CuO, oder einem solchen Verbundmaterial wie Al, einer Al-Legierung, AlSiC und Al-C.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht des Halbleitermoduls 30.
  • Wie in 2 gezeigt, sind eine erste Leiterplatte 3, an die ein erstes Leistungshalbleiterelement 1 gebondet ist, und eine zweite Leiterplatte 13, an die ein zweites Leistungshalbleiterelement 11 gebondet ist, benachbart zueinander angeordnet. Das erste Leistungshalbleiterelement 1 ist an die erste Leiterplatte 3 durch ein Bondmaterial 2a gebondet. Das zweite Leistungshalbleiterelement 11 ist an die zweite Leiterplatte 13 durch ein Bondmaterial 12a gebondet.
  • Eine Oberfläche des ersten Leistungshalbleiterelements 1, die zu einer Oberfläche desselben entgegengesetzt ist, die an die erste Leiterplatte 3 gebondet ist, ist an eine dritte Leiterplatte 4 unter Verwendung eines Bondmaterials 2b gebondet. Das erste Leistungshalbleiterelement 1 trägt Elektroden auf seinen beiden Oberflächen und diese Elektrodenoberflächen liegen jeweils der ersten Leiterplatte 3 und der dritten Leiterplatte 4 gegenüber, das heißt die Elektrodenoberflächen sind zwischen die erste Leiterplatte 3 und die dritte Leiterplatte 4 eingefügt.
  • Eine Oberfläche des zweiten. Leistungshalbleiterelements 11, die zu einer Oberfläche desselben entgegengesetzt ist, die an die zweite Leiterplatte 13 gebondet ist, ist an eine vierte Leiterplatte 14 unter Verwendung eines Bondmaterials 12b gebondet. Das zweite Leistungshalbleiterelement 11 trägt Elektroden auf seinen beiden Elektrodenoberflächen, die jeweils der zweiten Leiterplatte 13 und der vierten Leiterplatte 14 gegenüberliegen, das heißt die Elektrodenoberflächen sind zwischen die zweite Leiterplatte 13 und die vierte Leiterplatte 14 eingefügt.
  • Das Halbleitermodul 30 ist derart konfiguriert, dass das erste Leistungshalbleiterelement 1, das zweite Leistungshalbleiterelement 11, die erste Leiterplatte 3, die zweite Leiterplatte 13, die dritte Leiterplatte 4 und die vierte Leiterplatte 14 mit einem ersten Dichtungsharz 9 abgedichtet sind. Entlang der gesamten Oberfläche des Halbleitermoduls 30 lässt das erste Dichtungsharz 9 eine Oberfläche 3a der ersten Leiterplatte 3, eine Oberfläche 13a der zweiten Leiterplatte 13, eine Oberfläche 4a der dritten Leiterplatte 4 und eine Oberfläche 14a der vierten Leiterplatte 14 von der Oberfläche des Halbleitermoduls 30 freigelegt, bedeckt jedoch die anderen Teile dieser Leiterplatten vollständig. Eine Oberfläche des Halbleitermoduls 30 ist mit der Oberfläche 3a der ersten Leiterplatte 3 und mit der Oberfläche 13a der zweiten Leiterplatte 13 bündig. Eine andere Oberfläche des Halbleitermoduls 30 ist mit der Oberfläche 4a der dritten Leiterplatte 4 und mit der Oberfläche 14a der vierten Leiterplatte 14 bündig.
  • Die erste Leiterplatte 3, die zweite Leiterplatte 13, die dritte Leiterplatte 4 und die vierte Leiterplatte 14 sind beispielsweise aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen ausgebildet. Obwohl in 2 nicht gezeigt, weisen die erste Leiterplatte 3, die zweite Leiterplatte 13, die dritte Leiterplatte 4 und die vierte Leiterplatte 14 tatsächlich Verdrahtungsleitungen auf, die mit Zuleitungen gemäß einem Bedarf verbunden sind, oder weisen Zuleitungen auf, die als integraler Teil der Leiterplatten ausgebildet sind.
  • 3 ist eine äußere Draufsicht des Leistungsmoduls 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Leistungsmodul 100 ist derart konfiguriert, dass das in 2 gezeigte Halbleitermodul 30 in dem in 1 gezeigten Metallgehäuse 40 untergebracht ist.
  • Das Metallgehäuse 40 weist eine flache röhrenförmige Form mit einem Flansch 21 auf einer Seite und einem Boden auf der anderen Seite auf. Der Einsetzschlitz 100a ist an der Oberfläche des Flanschs 21 ausgebildet und das Halbleitermodul 30 ist in den Einsetzschlitz 100a eingesetzt. Anschlüsse 33 und 34, die mit dem Halbleitermodul 30 darin verbunden sind, sind aus dem Einsetzschlitz 100a herausgeführt. Bei dem ersten Wärmeableitungsbauteil 7 ist sein Umfangsende 7b an den Rahmen 20 des Metallgehäuses 40 gebondet. Die Oberfläche des ersten Wärmeableitungsbauteils 7 ist mit den mehreren Wärmeableitungsrippen 7a versehen und ein Kühlmittel (nicht dargestellt) strömt zwischen den Wärmeableitungsrippen 7a, um das Leistungsmodul 100 zu kühlen.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht des in 3 gezeigten Leistungsmoduls 100., wobei die Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A' genommen ist. Diese entlang der Linie A-A' genommene Querschnittsansicht ist eine Querschnitt, die entlang einer Ebene genommen ist, die durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 verläuft.
  • Wie in 4 gezeigt, sind zwischen beide Oberflächen des Halbleitermoduls 30 und des ersten Wärmeableitungsbauteils 7 und des zweiten Wärmeableitungsbauteils 8 jeweils ein erstes Isolationsblechbauteil 5 und ein zweites Isolationsblechbauteil 6, die wärmeleitfähig sind, eingefügt. Das erste Isolationsblechbauteil 5 und das zweite Isolationsblechbauteil 6 übertragen Wärme, die durch das Halbleitermodul 30 erzeugt wird, zum ersten Wärmeableitungsbauteil 7 und zum zweiten Wärmeableitungsbauteil 8 und sind aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einer großen Stehspannung ausgebildet. Das erste Isolationsblechbauteil 5 und das zweite Isolationsblechbauteil 6 sind beispielsweise als feines Pulver aus Aluminiumoxid (Tonerde), Aluminiumnitrid oder dergleichen vorgesehen, wobei die Isolationsbleche Kohlenstoff oder dergleichen, Isolationsschichten oder Klebstoffe enthalten.
  • Wie in 2 gezeigt, liegen die Oberfläche 3a der ersten Leiterplatte 3 und die Oberfläche 13a der zweiten Leiterplatte 13 an beiden Oberflächen des Halbleitermoduls 30 frei und sind an das erste Isolationsblechbauteil 5 gebondet, wie in 4 gezeigt. Eine Oberfläche des ersten Isolationsblechbauteils 5, die einer Oberfläche desselben gegenüberliegt, die an die erste Leiterplatte 3 und die zweite Leiterplatte 13 gebondet ist, ist an das erste Wärmeableitungsbauteil 7 gebondet, so dass Wärme von der ersten Leiterplatte 3 und der zweiten Leiterplatte 13 zum ersten Wärmeableitungsbauteil 7 übertragen werden kann.
  • Wie in 2 gezeigt, liegen die Oberfläche 4a der dritten Leiterplatte 4 und die Oberfläche 14a der vierten Leiterplatte 14 an beiden Oberflächen des Halbleitermoduls 30 frei und sind an das zweite Isolationsblechbauteil 6 gebondet, wie in 4 gezeigt. Eine Oberfläche des zweiten Isolationsblechbauteils 6, die einer Oberfläche desselben gegenüberliegt, die an die dritte Leiterplatte 4 und die vierte Leiterplatte 14 gebondet ist, ist an das zweite Wärmeableitungsbauteil 8 gebondet, so dass Wärme von der dritten Leiterplatte 4 und der vierten Leiterplatte 14 zum zweiten Wärmeableitungsbauteil 8 übertragen werden kann.
  • Im Leistungsmodui 100 ist das Metallgehäuse 40 an das Halbleitermodul 30 über das erste Isolationsblechbauteil 5 und das zweite Isolationsblechbauteil 6 gebondet und ein Raum, der nicht durch diese Komponenten belegt ist, ist mit einem zweiten Dichtungsharz 10 gefüllt. Das Leistungsmodul 100 von einem doppelseitigen Kühlungstyp wird als Beispiel beschrieben. Das Leistungsmodul 100 kann jedoch ein einseitiger Kühlungstyp sein.
  • Gemäß dem Leistungsmodul 100 der vorliegenden Ausführungsform ist in einem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Leistungshalbleiterelement 1 verläuft, das heißt in einem in 4 gezeigten Querschnitt, das Leistungshalbleiterelement 1 in einer Position angeordnet, in der eine erste Länge L1 von einem Ende 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, zum ersten Leistungshalbleiterelement 1 größer ist als eine zweite Länge L2 von einem Ende 3c der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement 1. Die zweite Länge L2 ist größer als eine Dicke T1 der ersten Leiterplatte 3. Die erste Leiterplatte 3 weist eine Plattenform auf, deren beiden Enden das Ende 3b und das Ende 3c sind. Das erste Leistungshalbleiterelement 1 weist auch eine Plattenform auf und ein Abstand von seinem einen Ende zum Ende 3b der ersten Leiterplatte 3 ist zur ersten Länge L1 äquivalent. Ein Abstand vom anderen Ende des ersten Leistungshalbleiterelements 1 zum Ende 3c der ersten Leiterplatte 3 ist zur zweiten Länge L2 äquivalent.
  • In dem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der zweiten Leiterplatte 13 und dem zweiten Leistungshalbleiterelement 11 verläuft, das heißt in dem in 4 gezeigten Querschnitt, ist das zweite Leistungshalbleiterelement 11 in einer Position angeordnet, in der eine vierte Länge L4 von einem Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13b näher an der ersten Leiterplatte 3 liegt, zum zweiten Leistungshalbleiterelement 11 größer ist als eine fünfte Länge L5 von einem Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13c von der ersten Leiterplatte 3 entfernt ist, zum zweiten Leistungshalbleiterelement 11. Die fünfte Länge L5 ist größer als eine Dicke T2 der zweiten Leiterplatte 13. Die Dicke T2 der zweiten Leiterplatte 13 kann gleich der Dicke T1 der ersten Leiterplatte 3 sein oder kann von derselben verschieden sein. Die zweite Leiterplatte 13 weist eine Plattenform auf, deren beide Enden das Ende 13b und das Ende 13c sind. Das zweite Leistungshalbleiterelement 11 weist auch eine Plattenform auf und ein Abstand von seinem einen Ende zum Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13 ist zur vierten Länge L4 äquivalent. Ein Abstand vom anderen Ende des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 zum Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13 ist zur fünften Länge L5 äquivalent.
  • Das erste Leistungshalbleiterelement 1 und das zweite Leistungshalbleiterelement 11 führen Schaltoperationen durch, das heißt schalten wiederholt ein und aus. Wenn das erste Leistungshalbleiterelement 1 und das zweite Leistungshalbleiterelement 11 Wärme erzeugen, wird die Wärme zur ersten Leiterplatte 3 und zur zweiten Leiterplatte 13 übertragen und wird weiter durch das erste Isolationsblechbauteil 5 zum ersten Wärmeableitungsbauteil 7 übertragen, das die Wärme nach außen ableitet.
  • Wenn das erste Leistungshalbleiterelement 1 und das zweite Leistungshalbleiterelement 11 Wärme erzeugen, während das erste Wärmeableitungsbauteil 7 durch ein Kühlmittel oder dergleichen gekühlt wird, steigt die Temperatur innerhalb des Leistungsmoduls 100 an, so dass eine Temperaturverteilung erzeugt wird. In dieser Temperaturverteilung sind die Temperaturen des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und des zweiten Leistungshalbleiterelements 11, die Heizelemente sind, am höchsten und die Temperaturen der ersten Leiterplatte 3 und der zweiten Leiterplatte 13, des ersten Isolationsblechbauteils 5 und des ersten Wärmeableitungsbauteils 7 werden in absteigender Reihenfolge niedriger. Ein Anstieg der Temperaturen des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 führt eine Dehnung/Verformung jeder Komponente herbei. Ein Ausmaß der Verformung der ersten Leiterplatte 3 und der zweiten Leiterplatte 13 ist von jenem des ersten Wärmeableitungsbauteils 7 verschieden und dieser Unterschied des Ausmaßes der Verformung erzeugt eine Wärmebelastung am ersten Isolationsblechbauteil 5, was verursacht, dass sich das erste Isolationsblechbauteil 5 ablöst. Dies ist eine Ursache für einen Abfall der Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls 100. Wenn die Dichte des Leistungsmoduls 100 in der Zukunft in Reaktion auf eine Anforderung für das Verringern der Größe und des Gewichts des Leistungsmoduls 100 erhöht wird, erhöht dies insbesondere die Menge an Wärme, die durch die Leistungshalbleiterelemente erzeugt wird, was folglich die Temperatur innerhalb des Leistungsmoduls 100 erhöht.
  • Nun wird angenommen, dass das erste Leistungshalbleiterelement 1 in der zentralen Position der ersten Leiterplatte 3 angeordnet ist, in der L1 = L2 gilt, während das zweite Leistungshalbleiterelement 11 in der zentralen Position der zweiten Leiterplatte 13 angeordnet ist, in der L4 = L5 gilt. In diesem Fall ist, wenn das erste Leistungshalbleiterelement 1 Wärme erzeugt, die Temperatur des Endes 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, gleich der Temperatur des Endes 3c der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist. Da die erste Leiterplatte 3 und die zweite Leiterplatte 13 zueinander benachbart angeordnet sind, steht die Temperatur des Endes 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, unter dem Einfluss nicht nur der Wärme vom ersten Leistungshalbleiterelement 1, sondern auch der Wärme vom zweiten Leistungshalbleiterelement 11. Aus diesem Grund wird die Temperatur des Endes 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, höher als die Temperatur des Endes 3c der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist. Unterdessen ist das Vergrößern der Längen L1, L2, L4 und L5 nicht zugelassen, da das Verringern der Größe und des Gewichts des Leistungsmoduls 100 erforderlich ist. Die am ersten Isolationsblechbauteil 5 erzeugte Wärmebelastung wird daher größer, wenn die Temperatur der ersten Leiterplatte 3, an die das erste Isolationsblechbauteil 5 gebondet ist, höher wird. Folglich wird die Wärmebelastung, die auf das erste Isolationsblechbauteil 5 am Ende 3b der ersten Leiterplatte 3 aufgebracht wird, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, höher als die Wärmebelastung, die auf das erste Isolationsblechbauteil 5 am Ende 3c der ersten Leiterplatte 3 aufgebracht wird, in welchem Fall sich das erste Isolationsblechbauteil 5 gewöhnlich ablöst.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch das erste Leistungshalbleiterelement 1 in der Position angeordnet, in der L1>L2 gilt, in welchem Fall, selbst wenn ein Temperaturanstieg, der sich aus der Wärmeerzeugung durch das zweite Leistungshalbleiterelement 11 ergibt, zu einem Temperaturanstieg addiert wird, der sich aus der Wärmeerzeugung durch das erste Leistungshalbleiterelement 1 ergibt, die Temperatur des Endes 3b der ersten Leiterplatte 3 nicht über die Temperatur des Endes 3c der ersten Leiterplatte 3 ansteigt, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist. Dies unterdrückt eine Zunahme der Wärmebelastung, die auf das erste Isolationsblechbauteil 5 in der Nähe des Endes 3b der ersten Leiterplatte 3 aufgebracht wird, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt. Während Leistungszyklen, in denen das erste Leistungshalbleiterelement 1 wiederholt Wärme erzeugt, kann daher die Wärmebelastung, die wiederholt am ersten Isolationsblechbauteil 5 in der Nähe des Endes 3b der ersten Leiterplatte 3 erzeugt wird, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, verringert werden, was die Betriebslebensdauer des Moduls verbessert, das den Leistungszyklen ausgesetzt wird.
  • Ebenso ist in der vorliegenden Ausführungsform das zweite Leistungshalbleiterelement 11 in der Position angeordnet, in der L4>L5 gilt, in welchem Fall, selbst wenn ein Temperaturanstieg, der sich aus der Wärmeerzeugung durch das erste Leistungshalbleiterelement 1 ergibt, zu einem Temperaturanstieg addiert wird, der sich aus der Wärmeerzeugung durch das zweite Leistungshalbleiterelement 11 ergibt, die Temperatur des Endes 13b der zweiten Leiterplatte 13 nicht über die Temperatur des Endes 13c der zweiten Leiterplatte 13 ansteigt, wobei das Ende 13c von der ersten Leiterplatte 3 entfernt ist. Dies unterdrückt eine Zunahme der Wärmebelastung, die auf das erste Isolationsblechbauteil 5 in der Nähe des Endes 13b der zweiten Leiterplatte 13 aufgebracht wird, wobei das Ende 13b näher an der ersten Leiterplatte 3 liegt. Während Leistungszyklen, in denen das erste Leistungshalbleiterelement 1 wiederholt Wärme erzeugt, kann daher die Wärmebelastung, die wiederholt am ersten Isolationsblechbauteil 5 in der Nähe des Endes 13b der zweiten Leiterplatte 13 erzeugt wird, wobei das Ende 13b näher an der ersten Leiterplatte 3 liegt, verringert werden, was die Betriebslebensdauer des Moduls verbessert, das den Leistungszyklen ausgesetzt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Beispiel der Anordnung des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und der ersten Leiterplatte 3 und des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und der zweiten Leiterplatte 13 beschrieben. Das erste Leistungshalbleiterelement 1 und die dritte Leiterplatte 4 und das zweite Leistungshalbleiterelement 11 und die vierte Leiterplatte 14 können auch in eine spezielle Anordnung gesetzt werden, wie nachstehend beschrieben.
  • Wie in 4 gezeigt, ist im Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zur Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Leistungshalbleiterelement 1 verläuft, das erste Leistungshalbleiterelement 1 in einer Position angeordnet, in der eine erste Länge L1' von einem Ende 4b der dritten Leiterplatte 4, wobei das Ende 4b näher an der vierten Leiterplatte 14 liegt, zu einem Ende 4d eines Abschnitts der dritten Leiterplatte 4, der an das erste Leistungshalbleiterelement 1 gebondet ist, wobei das Ende 4d näher an der vierten Leiterplatte 14 liegt, größer ist als eine zweite Länge L2' von einem Ende 4c der dritten Leiterplatte 4, wobei das Ende 4c von der vierten Leiterplatte 14 entfernt ist, zu einem Ende 4e des Abschnitts der dritten Leiterplatte 4, der an das erste Leistungshalbleiterelement 1 gebondet ist, wobei das Ende 4e von der vierten Leiterplatte 14 entfernt ist. Die zweite Länge L2' ist größer als eine Dicke T3 der dritten Leiterplatte 4.
  • In dem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zur Bondoberfläche zwischen der zweiten Leiterplatte 13 und dem zweiten Leistungshalbleiterelement 11 verläuft, ist das zweite Leistungshalbleiterelement 11 in einer Position angeordnet, in der eine vierte Länge L4' von einem Ende 14b der vierten Leiterplatte 14, wobei das Ende 14b näher an der dritten Leiterplatte 4 liegt, zu einem Ende 14d eines Abschnitts der vierten Leiterplatte 14, der an das zweite Leistungshalbleiterelement 11 gebondet ist, wobei das Ende 14b näher an der dritten Leiterplatte 4 liegt, größer ist als eine fünfte Länge L5' von einem Ende 14c der vierten Leiterplatte 14, wobei das Ende 14c von der dritten Leiterplatte 4 entfernt ist, zu einem Ende 14e des Abschnitts der vierten Leiterplatte 14, der an das zweite Leistungshalbleiterelement 11 gebondet ist, wobei das Ende 14e von der dritten Leiterplatte 4 entfernt ist. Die fünfte Länge L5' ist größer als eine Dicke T4 der vierten Leiterplatte 14.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wurde das Beispiel, in dem das erste Leistungshalbleiterelement 1 in der Position angeordnet ist, in der L1>L2 gilt, und das zweite Leistungshalbleiterelement 11 in der Position angeordnet ist, in der L4>L5 gilt, beschrieben. Das erste Leistungshalbleiterelement 1 und das zweite Leistungshalbleiterelement 11 können jedoch in Positionen angeordnet sein, die mit Bezug auf ihre zentralen Positionen bestimmt sind, wie nachstehend beschrieben.
  • In dem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zur Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Leistungshalbleiterelement 1 verläuft, ist das erste Leistungshalbleiterelement 1 in einer Position angeordnet, in der die zentrale Position des ersten Leistungshalbleiterelements 1 näher am Ende 3c der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist, als am Ende 3b der ersten Leiterplatte 3 liegt, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt. Insbesondere, wie in 4 gezeigt, ist eine Länge M11 von der zentralen Position des ersten Leistungshalbleiterelements 1 zum Ende 3b der ersten Leiterplatte 3 größer als eine Länge M12 von der zentralen Position des ersten Leistungshalbleiterelements 1 zum Ende 3c der ersten Leiterplatte 3. Die Länge L2 vom Ende 3c der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement 1 ist größer als die Dicke T1 der ersten Leiterplatte.
  • Außerdem ist das zweite Leistungshalbleiterelement 11 in einer Position angeordnet, in der die zentrale Position des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 näher am Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13c von der ersten Leiterplatte 3 entfernt ist, als am Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13 liegt, wobei das Ende 13b näher an der ersten Leiterplatte 3 liegt. Insbesondere, wie in 4 gezeigt, ist eine Länge M14 von der zentralen Position des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 zum Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13 größer als eine Länge M15 von der zentralen Position des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 zum Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13. Die Länge L5 vom Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13c von der ersten Leiterplatte 3 entfernt ist, zum zweiten Leistungshalbleiterelement 11 ist größer als die Dicke T2 der zweiten Leiterplatte 13.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann das Ablösen des ersten Isolationsblechbauteils 5 und des zweiten Isolationsblechbauteils 6 verhindert werden, um die Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls 100 aufrechtzuerhalten. Daher kann das Leistungsmodul 100 mit hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden.
  • [Zweite Ausführungsform]
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Querschnittsansicht des Metallgehäuses 40, die in 1 gezeigt ist, und die äußere Draufsicht des Leistungsmoduls 100, die in 3 gezeigt ist, sind in der vorliegenden Ausführungsform gleich.
  • Die erste Ausführungsform wurde als Beispiel des Leistungsmoduls 100 beschrieben, in dem das erste Leistungshalbleiterelement 1 und das zweite Leistungshalbleiterelement 2 an die erste Leiterplatte 3 und die zweite Leiterplatte 13 unter Verwendung der Bondmaterialien 2a bzw. 12a zueinander benachbart gebondet sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel des Leistungsmoduls 100 eines doppelseitigen Kühltyps beschrieben, wobei in dem Leistungsmodul 100, wie in 5 gezeigt, mehrere Leistungshalbleiterelemente an jeder der Leiterplatte 3 und der Leiterplatte 13 zueinander benachbart angeordnet sind.
  • Die erste Leiterplatte 3 und die zweite Leiterplatte 13 sind benachbart zueinander angeordnet. An die erste Leiterplatte 3 sind ein erstes Leistungshalbleiterelement 1a und ein drittes Leistungshalbleiterelement 1b unter Verwendung des Bondmaterials 2b gebondet. An die zweite Leiterplatte 13 sind ein zweites Leistungshalbleiterelement 11a und ein viertes Leistungshalbleiterelement 11b unter Verwendung des Bondmaterials 12a gebondet.
  • Oberflächen des ersten Leistungshalbleiterelements 1a und des dritten Leistungshalbleiterelements 1b, wobei die Oberflächen zu Oberflächen derselben entgegengesetzt sind, die an die erste Leiterplatte 3 gebondet, sind an die dritte Leiterplatte 4 unter Verwendung des Bondmaterials 2b gebondet. Das erste Leistungshalbleiterelement 1a und das dritte Leistungshalbleiterelement 1b tragen Elektroden an ihren beiden Oberflächen und diese Elektrodenoberflächen liegen jeweils der ersten Leiterplatte 3 und der dritten Leiterplatte 4 gegenüber, das heißt die Elektrodenoberflächen sind zwischen die erste Leiterplatte 3 und die dritte Leiterplatte 4 eingefügt.
  • Gemäß dem Leistungsmodul 100 der vorliegenden Ausführungsform sind in einem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1a und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11a und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Leistungshalbleiterelement 1a verläuft, das heißt in einem in 5 gezeigten Querschnitt, das erste Leistungshalbleiterelement 1a und das dritte Leistungshalbleiterelement 1b in einer Position angeordnet, in der eine erste Länge L1 vom Ende 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, zum ersten Leistungshalbleiterelement 1a größer ist als eine dritte Länge L3 vom Ende 3c der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist, zum dritten Leistungshalbleiterelement 1b. Die dritte Länge L3 ist größer als die Dicke T1 der ersten Leiterplatte 3.
  • Das zweite Leistungshalbleiterelement 11a und das vierte Leistungshalbleiterelement 11b sind in einer Position angeordnet, in der eine vierte Länge L4 vom Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13b näher an der ersten Leiterplatte 3 liegt, zum zweiten Leistungshalbleiterelement 11a größer ist als eine sechste Länge L6 vom Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13c von der ersten Leiterplatte 3 entfernt ist, zum vierten Leistungshalbleiterelement 11b. Die sechste Länge L6 ist größer als die Dicke T2 der zweiten Leiterplatte 13. Die Dicke T2 der zweiten Leiterplatte 13 kann gleich der Dicke T1 der ersten Leiterplatte 3 sein oder kann von derselben verschieden sein.
  • Abgesehen von den vorstehend beschriebenen Hinsichten sind Konfigurationen mit den Konfigurationen in der ersten Ausführungsform identisch, die mit Bezug auf 4 beschrieben wurde. In der zweiten Ausführungsform wurde das Leistungsmodul 100, in dem zwei Leistungshalbleiterelemente an jede der Leiterplatten 3 und 13 unter Verwendung der Bondmaterialien 2a und 12a zueinander benachbart gebondet sind, beispielhaft beschrieben. Drei oder mehr Leistungshalbleiterelemente können jedoch an jede der Leiterplatten 3 und 13 zueinander benachbart gebondet sein. In diesem Fall wird wie in den vorstehend beschriebenen Fällen den Leistungshalbleiterelementen, die näher an beiden Enden der Leiterplatte 3 angeordnet sind, und denselben, die näher an beiden Enden der Leiterplatte 13 angeordnet sind, Aufmerksamkeit geschenkt und diese Leistungshalbleiterelemente sind in Positionen angeordnet, in denen L1>L3 und L4>L6 gelten.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann, selbst wenn mehrere Leistungshalbleiterelemente an jeder Leiterplatte angeordnet sind, das Ablösen des ersten Isolationsblechbauteils 5 und des zweiten Isolationsblechbauteils 6 verhindert werden, um die Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls 100 aufrechtzuerhalten. Daher kann das Leistungsmodul 100 mit hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • 6 ist eine Querschnittsansicht eines Leistungsmoduls 100 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Querschnittsansicht des Metallgehäuses 40, die in 1 gezeigt ist, und die äußere Draufsicht des Leistungsmoduls 100, die in 3 gezeigt ist, sind in der vorliegenden Ausführungsform gleich.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, ist in dem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zur Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Leistungshalbleiterelement 1 verläuft, das Ende 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, und das Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13b näher an der ersten Leiterplatte 3 liegt, zu verjüngten Formen hergestellt, die sich in Richtung eines Bondpunkts zwischen den Leiterplatten 3 und 13 und dem ersten Isolationsblechbauteil 5 verjüngen. Mit anderen Worten, an einem Verbindungsteil zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Isolationsblechbauteil 5 und an einem Verbindungsteil zwischen der zweiten Leiterplatte 13 und dem ersten Isolationsblechbauteil 5 ist ein Bondwinkel α, den eine Neigung des Endes 3b der ersten Leiterplatte 3 und die Oberfläche des ersten Isolationsblechbauteils 5 bilden, ein spitzer Winkel. Ebenso ist ein Bondwinkel α, den eine Neigung des Endes 13b der zweiten Leiterplatte 13 und die Oberfläche des ersten Isolationsblechbauteils 5 bilden, ein spitzer Winkel. Der Bondwinkel α ist beispielsweise etwa 45° oder weniger.
  • Durch Bestimmen des Bondwinkels α zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Isolationsblechbauteil 5 und zwischen der zweiten Leiterplatte 13 und demselben als spitzen Winkel wird eine Spezifität, die sich aus dem Bonden von verschiedenen Substanzen ergibt, verringert, was einen Effekt einer weiteren Verringerung von Wärme, die auf die Enden 3b und 13b aufgebracht wird, bietet. Dies unterdrückt eine Zunahme einer Wärmebelastung an dem Teil des ersten Isolationsblechbauteils 5, der mit den Enden 3b und 13b in Kontakt steht. Während Leistungszyklen, in denen das erste Leistungshalbleiterelement 1 wiederholt Wärme erzeugt, kann daher die Wärmebelastung, die sich wiederholt an dem Teil des ersten Isolationsblechbauteils 5 entwickelt, der sich nahe den Enden 3b und 13b befindet, verringert werden, was die Betriebslebensdauer des Leistungsmoduls 100 verbessert, das den Leistungszyklen ausgesetzt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wurde das Beispiel, in dem das Ende 3b der ersten Leiterplatte 3 und das Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13 jeweils zu der verjüngten Form mit dem Bondwinkel α hergestellt sind, beschrieben. Das Ende 3c der ersten Leiterplatte 3 und das Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13 können jedoch jeweils zu einer verjüngten Form mit einem Bondwinkel β hergestellt werden. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass der Bondwinkel α spitzer ist als der Bondwinkel β. Diese Konfiguration verringert weiter die Wärmebelastung an dem Teil des ersten Isolationsblechbauteils5, der näher am Ende 3b der ersten Leiterplatte 3 und am Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13 liegt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wurde das Beispiel, in dem das Ende 3b der ersten Leiterplatte 3 und das Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13 jeweils zu der verjüngten Form mit dem Bondwinkel α hergestellt sind, beschrieben. Enden der dritten Leiterplatte 4 und der vierten Leiterplatte 14 können jedoch jeweils zu einer verjüngten Form hergestellt werden. Wenn beispielsweise Enden der dritten Leiterplatte 4 und der vierten Leiterplatte 14, wobei die Enden zueinander benachbart sind, jeweils zu einer verjüngten Form hergestellt werden, verringert dies eine Wärmebelastung am zweiten Isolationsblechbauteil 6, in welchem Fall ein Raum zwischen der dritten Leiterplatte 4 und der vierten Leiterplatte 14 verbreitert werden kann. In diesem Fall können die dritte Leiterplatte 4 und die vierte Leiterplatte 14 aus weniger Material hergestellt werden, was eine Kostenverringerung ermöglicht.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Wärmebelastung am ersten Isolationsblechbauteil 5 und am zweiten Isolationsblechbauteil 6 weiter verringert, was ein Ablösen des ersten Isolationsblechbauteils 5 und des zweiten Isolationsblechbauteils 6 verhindern kann, um die Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls 100 aufrechtzuerhalten. Daher kann das Leistungsmodul 100 mit hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die Wärmeableitungsrippen 7a und 8a des ersten und des zweiten Wärmeableitungsbauteils 7 und 8 als Stiftrippen ausgebildet. Diese Rippen können jedoch als Stifte mit anderen Formen wie z. B. gerade Rippen oder gewellte Rippen ausgebildet werden.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bieten die folgenden Effekte.
  • (1) Das Leistungsmodul 100 umfasst: das erste Leistungshalbleiterelement 1 und das zweite Leistungshalbleiterelement 11; die erste Leiterplatte 3, an die das erste Leistungshalbleiterelement 1 gebondet ist; die zweite Leiterplatte 13, an die das zweite Leistungshalbleiterelement 11 gebondet ist, wobei die zweite Leiterplatte 13 benachbart zur ersten Leiterplatte 3 angeordnet ist; das erste Wärmeableitungsbauteil 7, das gegenüber der ersten Leiterplatte 3 und der zweiten Leiterplatte 13 angeordnet ist; und das erste Isolationsblechbauteil 5, das zwischen dem Wärmeableitungsbauteil 7 und der ersten Leiterplatte 3 angeordnet ist. In dem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zur Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Leistungshalbleiterelement 1 verläuft, ist das erste Leistungshalbleiterelement 1 in der Position angeordnet, in der die erste Länge L1 von dem Ende 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt, zum ersten Leistungshalbleiterelement 1 größer ist als die zweite Länge L2 vom Ende 3c der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement 1. Die zweite Länge L2 ist größer als die Dicke T1 der ersten Leiterplatte 3. Die Konfiguration verhindert ein Ablösen des ersten Isolationsblechbauteils 5, was folglich die Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls 100 aufrechterhält.
  • (2) Das Leistungsmodul 100 umfasst: das erste Leistungshalbleiterelement 1 und das zweite Leistungshalbleiterelement 11; die erste Leiterplatte 3, an die das erste Leistungshalbleiterelement 1 gebondet ist; die zweite Leiterplatte 13, an die das zweite Leistungshalbleiterelement 11 gebondet ist, wobei die zweite Leiterplatte 13 benachbart zur ersten Leiterplatte 3 angeordnet ist; das erste Wärmeableitungsbauteil 7, das gegenüber der ersten Leiterplatte 3 und der zweiten Leiterplatte 13 angeordnet ist; und das erste Isolationsblechbauteil 5, das zwischen dem ersten Wärmeableitungsbauteil 7 und der ersten Leiterplatte 3 angeordnet ist. In dem Querschnitt, der durch das Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements 1 und das Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 und senkrecht zur Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte 3 und dem ersten Leistungshalbleiterelement 1 verläuft, ist das erste Leistungshalbleiterelement 1 in der Position angeordnet, in der die zentrale Position des ersten Leistungshalbleiterelements 1 näher an dem Ende 3c der ersten Leiterplatte 3 liegt, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist, als am Ende 3b der ersten Leiterplatte 3, wobei das Ende 3b näher an der zweiten Leiterplatte 13 liegt (M11 > M12), und die Länge L1 vom Ende 3c der ersten Leiterplatte, wobei das Ende 3c von der zweiten Leiterplatte 13 entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement 1 größer ist als die Dicke T1 der ersten Leiterplatte, während das zweite Leistungshalbleiterelement 11 in der Position angeordnet ist, in der die zentrale Position des zweiten Leistungshalbleiterelements 11 näher an dem Ende 13c der zweiten Leiterplatte 13, wobei das Ende 13c von der ersten Leiterplatte 3 entfernt ist, als an dem Ende 13b der zweiten Leiterplatte 13 liegt, wobei das Ende 13b näher an der ersten Leiterplatte 3 liegt (M14 > M15) und die Länge L5 vom Ende 13c der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende 13c von der ersten Leiterplatte 3 entfernt ist, zum zweiten Leistungshalbleiterelement 11 größer ist als die Dicke T2 der zweiten Leiterplatte 13. Diese Konfiguration verhindert ein Ablösen des ersten Isolationsblechbauteils 5, was folglich die Wärmeableitungsleistungsfähigkeit des Leistungsmoduls 100 aufrechterhält.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen begrenzt. Andere Ausführungsformen, die innerhalb eines Umfangs des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung entwickelt werden können, sind auch im Schutzbereich der Erfindung enthalten, vorausgesetzt, dass solche Ausführungsformen die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigen. Die obigen Ausführungsformen können kombiniert werden, um eine andere Ausführungsform zu schaffen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erstes Leistungshalbleiterelement
    2a, 2b, 12a, 12b
    Bondmaterial
    3
    erste Leiterplatte
    3b, 3c
    Ende der ersten Leiterplatte
    4
    dritte Leiterplatte
    4b, 4d
    Ende der dritten Leiterplatte 4
    5
    erstes Isolationsblechbauteil
    6
    zweites Isolationsblechbauteil
    7
    erstes Wärmeableitungsbauteil
    7a, 8a
    Wärmeableitungsrippe
    7b, 8b
    Umfangsende
    8
    zweites Wärmeableitungsbauteil
    9
    erstes Dichtungsharz
    10
    zweites Dichtungsharz
    11
    zweites Leistungshalbleiterelement
    13
    zweite Leiterplatte
    13b, 13c
    Ende der zweiten Leiterplatte
    14
    vierte Leiterplatte
    14c, 14d
    Ende der vierten Leiterplatte
    20
    Rahmen
    30
    Halbleitermodul
    40
    Metallgehäuse
    100
    Leistungsmodul
    100a
    Einsetzschlitz
    L1
    erste Länge
    L2
    zweite Länge
    L3
    dritte Länge
    L4
    vierte Länge
    L5
    fünfte Länge
    L6
    sechste Länge
    T1
    Dicke der ersten Leiterplatte
    T2
    Dicke der zweiten Leiterplatte
  • 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 2018113343 A [0004]

Claims (9)

  1. Leistungsmodul, das umfasst: ein erstes Leistungshalbleiterelement und ein zweites Leistungshalbleiterelement; eine erste Leiterplatte, an die das erste Leistungshalbleiterelement gebondet ist; eine zweite Leiterplatte, an die das zweite Leistungshalbleiterelement gebondet ist, wobei die zweite Leiterplatte benachbart zur ersten Leiterplatte angeordnet ist; ein erstes Wärmeableitungsbauteil, das gegenüber der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist; und ein erstes Isolationsblechbauteil, das zwischen dem ersten Wärmeableitungsbauteil und der ersten Leiterplatte angeordnet ist, wobei in einem Querschnitt, der durch ein Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und ein Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Leistungshalbleiterelement verläuft, das erste Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet ist, in der eine erste Länge von einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der zweiten Leiterplatte liegt, zum ersten Leistungshalbleiterelement größer ist als eine zweite Länge von einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement, und die zweite Länge größer ist als eine Dicke der ersten Leiterplatte.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei in einem Querschnitt, der durch ein Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und ein Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der zweiten Leiterplatte und dem zweiten Leistungshalbleiterelement verläuft, das zweite Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet ist, in der eine vierte Länge von einem Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der ersten Leiterplatte liegt, zum zweiten Leistungshalbleiterelement größer ist als eine fünfte Länge vom Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende von der ersten Leiterplatte entfernt ist, zum zweiten Leistungshalbleiterelement, und die fünfte Länge größer ist als eine Dicke der zweiten Leiterplatte.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei Leistungshalbleiterelemente des ersten Leistungshalbleiterelements und eines dritten Leistungshalbleiterelements an die erste Leiterplatte gebondet sind, und das dritte Leistungshalbleiterelement an eine Seite der ersten Leiterplatte gebondet ist, wobei die Seite weiter von der zweiten Leiterplatte entfernt ist als das erste Leistungshalbleiterelement, mindestens zwei Leistungshalbleiterelemente des zweiten Leistungshalbleiterelements und eines vierten Leistungshalbleiterelements an die zweite Leiterplatte gebondet sind, und das vierte Leistungshalbleiterelement an eine Seite der zweiten Leiterplatte gebondet ist, wobei die Seite weiter von der ersten Leiterplatte entfernt ist als das zweite Leistungshalbleiterelement, und in einem Querschnitt, der durch ein Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und ein Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Leistungshalbleiterelement verläuft, das erste Leistungshalbleiterelement und das dritte Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet sind, in der die erste Länge größer ist als eine dritte Länge vom Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, zum dritten Leistungshalbleiterelement, und die dritte Länge größer ist als eine Dicke der ersten Leiterplatte.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 3, wobei in einem Querschnitt, der durch ein Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und ein Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der zweiten Leiterplatte und dem zweiten Leistungshalbleiterelement verläuft, das zweite Leistungshalbleiterelement und das vierte Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet sind, in der eine vierte Länge von einem Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der ersten Leiterplatte liegt, zum zweiten Leistungshalbleiterelementgrößer ist als eine sechste Länge von einem Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende von der ersten Leiterplatte entfernt ist, zum vierten Leistungshalbleiterelement, und die sechste Länge größer ist als eine Dicke der zweiten Leiterplatte.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, wobei in einem Querschnitt, der durch ein Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und ein Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Leistungshalbleiterelement verläuft, das Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der zweiten Leiterplatte liegt, zu einer verjüngten Form hergestellt ist, die sich in Richtung eines Bondpunkts zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Isolationsblechbauteil verjüngt.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 2 oder Anspruch 4, wobei in einem Querschnitt, der durch ein Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und ein Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der zweiten Leiterplatte und dem zweiten Leistungshalbleiterelement verläuft, das Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der ersten Leiterplatte liegt, zu einer verjüngten Form hergestellt ist, die sich in Richtung eines Bondpunkts zwischen der zweiten Leiterplatte und dem ersten Isolationsblechbauteil verjüngt.
  7. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das umfasst: eine dritte Leiterplatte, die an eine Oberfläche des ersten Leistungshalbleiterelements gebondet ist, die zu einer Oberfläche des ersten Leistungshalbleiterelements entgegengesetzt ist, die an die erste Leiterplatte gebondet ist; eine vierte Leiterplatte, die an eine Oberfläche des zweiten Leistungshalbleiterelements gebondet ist, die zu einer Oberfläche des zweiten Leistungshalbleiterelements entgegengesetzt ist, die an die zweite Leiterplatte gebondet ist; ein zweites Wärmeableitungsbauteil, das gegenüber der dritten Leiterplatte und der vierten Leiterplatte angeordnet ist; und ein zweites Isolationsblechbauteil, das zwischen dem zweiten Wärmeableitungsbauteil und der dritten Leiterplatte angeordnet ist.
  8. Leistungsmodul nach Anspruch 7 mit einem Gehäuse, das an das erste Wärmeableitungsbauteil und das zweite Wärmeableitungsbauteil gebondet ist, die einander gegenüber angeordnet sind, wobei das Gehäuse an Umfangsteile des ersten Wärmeableitungsbauteils und des zweiten Wärmeableitungsbauteils gebondet ist, und das zumindest das erste Leistungshalbleiterelement, das zweite Leistungshalbleiterelement, die erste Leiterplatte, die zweite Leiterplatte, das erste Wärmeableitungsbauteil und das erste Isolationsblechbauteil unterbringt.
  9. Leistungsmodul, das umfasst: ein erstes Leistungshalbleiterelement und ein zweites Leistungshalbleiterelement; eine erste Leiterplatte, an die das erste Leistungshalbleiterelement gebondet ist; eine zweite Leiterplatte, an die das zweite Leistungshalbleiterelement gebondet ist, wobei die zweite Leiterplatte benachbart zur ersten Leiterplatte angeordnet ist; ein erstes Wärmeableitungsbauteil, das gegenüber der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist; und ein erstes Isolationsblechbauteil, das zwischen dem ersten Wärmeableitungsbauteil und der ersten Leiterplatte angeordnet ist, wobei in einem Querschnitt, der durch ein Zentrum des ersten Leistungshalbleiterelements und ein Zentrum des zweiten Leistungshalbleiterelements und senkrecht zu einer Bondoberfläche zwischen der ersten Leiterplatte und dem ersten Leistungshalbleiterelement verläuft, das erste Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet ist, in der eine zentrale Position des ersten Leistungshalbleiterelements näher an einem Ende der ersten Leiterplatte liegt, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, als an einem Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der zweiten Leiterplatte liegt, und eine Länge vom Ende der ersten Leiterplatte, wobei das Ende von der zweiten Leiterplatte entfernt ist, zum ersten Leistungshalbleiterelement größer ist als eine Dicke der ersten Leiterplatte, und das zweite Leistungshalbleiterelement in einer Position angeordnet ist, in der eine zentrale Position des zweiten Leistungshalbleiterelements näher an einem Ende der zweiten Leiterplatte liegt, wobei das Ende von der ersten Leiterplatte entfernt ist, als an einem Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende näher an der ersten Leiterplatte liegt, und eine Länge vom Ende der zweiten Leiterplatte, wobei das Ende von der ersten Leiterplatte entfernt ist, zum zweiten Leistungshalbleiterelement größer ist als eine Dicke der zweiten Leiterplatte.
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