DE112022001424T5

DE112022001424T5 - Elektrischer schaltungskörper und leistungswandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112022001424T5
Application number: DE112022001424.5T
Authority: DE
Inventors: Nobutake Tsuyuno; Yujiro Kaneko; Yusuke Takagi
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2021-06-23
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-12-28
Also published as: WO2022270022A1; JP2023003316A; CN117203762A

Abstract

In einem elektrischen Schaltungskörper umfasst wenigstens eines der Kühlelemente, die an beiden Flächen eines ersten und eines zweiten Halbleitermoduls fixiert sind, ein erstes Wärmeabfuhrgebiet, das über ein Wärmeleitungselement an das erste Halbleitermodul angrenzt, ein zweites Wärmeabfuhrgebiet, das über das Wärmeleitungselement an das zweite Halbleitermodul angrenzt, und einen eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt, der zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet ausgebildet ist, so dass er eine geringere Steifigkeit als das erste und das zweite Wärmeabfuhrgebiet aufweist, und fixiert das Fixierelement das Kühlelement im eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt des Kühlelements an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltungskörper und eine Leistungswandlungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Eine Leistungswandlungsvorrichtung unter Verwendung eines Halbleitermoduls, worin ein Halbleiterelement eingesiegelt ist, weist eine hohe Wandlungseffizienz auf und wird daher weit verbreitet für Endverbraucheranwendungen, Verwendungen in Fahrzeugen, Eisenbahnen, Transformatoranlagen und dergleichen eingesetzt. Weil dieses Halbleiterelement bei der Aktivierung Wärme erzeugt, muss die Leistungswandlungsvorrichtung eine hohe Wärmeabfuhr aufweisen. Insbesondere wird bei einer Anwendung innerhalb eines Fahrzeugs ein sehr wirksames Kühlsystem, das eine Wasserkühlung verwendet, zur Miniaturisierung und Gewichtsverringerung eingesetzt.
PTL 1 offenbart eine Halbleiter-Kühlstruktur, bei der zwischen einem Paar von Kühlrohren, durch die ein Kühlmedium fließt, mehrere Halbleitermodule, die jeweils ein Halbleiterelement aufweisen, parallel mit einem dazwischen bereitgestellten Spaltabschnitt angeordnet sind, wobei ein Mittel zum sandwichförmigen Einschließen, das ausgelegt ist, das Paar von Kühlrohren gegen die Halbleitermodule zu drücken, für jedes Halbleitermodul individuell angeordnet ist, wobei wenigstens eines der Kühlrohre von dem Paar von Kühlrohren durch eine Druckkraft des Mittels zum sandwichförmigen Einschließen an einem dem Spaltabschnitt zwischen benachbarten Halbleitermodulen gegenüberstehenden Abschnitt mit einem verformbaren Abschnitt versehen ist.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2009-182312 A
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
PTL 1 weist eine Struktur auf, bei der gegen ein Halbleitermodul durch ein Mittel zum sandwichförmigen Einschließen gedrückt wird, deren Nachteil darin besteht, dass die Vorrichtung dick wird.
Lösung des Problems
Ein elektrischer Schaltungskörper gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes Halbleitermodul und ein zweites Halbleitermodul, worin die jeweiligen Leistungshalbleiterelemente eingesiegelt sind, ein Kühlelement, das von den Leistungshalbleiterelementen übertragene Wärme abführt, und ein Fixierelement, welches das Kühlelement an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls, die Seite an Seite angeordnet sind, fixiert, wobei wenigstens eines der Kühlelemente, die an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls fixiert sind, ein erstes Wärmeabfuhrgebiet, das über das Wärmeleitungselement an das erste Halbleitermodul angrenzt, ein zweites Wärmeabfuhrgebiet, das über das Wärmeleitungselement an das zweite Halbleitermodul angrenzt, und einen eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt, der zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet ausgebildet ist, so dass er eine geringere Steifigkeit als das erste Wärmeabfuhrgebiet und das zweite Wärmeabfuhrgebiet aufweist, umfasst, und das Fixierelement das Kühlelement an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls im eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt des Kühlelements fixiert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Dadurch kann die Vorrichtung dünner gemacht werden, während die Wärmeabfuhr aufrechterhalten wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:

1 eine Draufsicht eines elektrischen Schaltungskörpers,
2 eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X des elektrischen Schaltungskörpers,
3 eine Schnittansicht entlang einer Linie Y-Y des elektrischen Schaltungskörpers,
4 eine perspektivische Schnittansicht eines Halbleitermoduls,
5 eine Schnittansicht entlang einer Linie Y-Y des elektrischen Schaltungskörpers, worin ein Zustand gezeigt ist, in dem zwei Halbleitermodule Seite an Seite angeordnet sind,
die 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) Ansichten, die Schritte zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers zeigen.
die 7(a), 7(b) und 7(c) Ansichten, die ein modifiziertes Beispiel des elektrischen Schaltungskörpers zeigen,
8 eine teiltransparente Draufsicht des Halbleitermoduls,
9 ein Schaltungsdiagramm des Halbleitermoduls,
10 ein Schaltungsdiagramm einer Leistungswandlungsvorrichtung, die ein Halbleitermodul verwendet,
11 eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild der Leistungswandlungsvorrichtung zeigt, und
12 eine Schnittansicht entlang einer Linie XV-XV der Leistungswandlungsvorrichtung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, und es werden bei Bedarf im Interesse einer klaren Beschreibung Fortlassungen und Vereinfachungen vorgenommen. Die vorliegende Erfindung kann auch in verschiedenen anderen Formen implementiert werden. Sofern nichts anderes spezifiziert wird, kann jede Komponente einzeln oder mehrfach auftreten.
Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen der in den Zeichnungen dargestellten Komponenten repräsentieren möglicherweise keine tatsächlichen Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die in den Zeichnungen dargestellten Positionen, Größen, Formen, Bereiche und dergleichen beschränkt.
1 ist eine Draufsicht einer Ausführungsform eines elektrischen Schaltungskörpers 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Der elektrische Schaltungskörper 400 weist ein Halbleitermodul 300 und ein Kühlelement 340 auf. Das Halbleitermodul 300 hat die Funktion, unter Verwendung eines innen eingeschlossenen Leistungshalbleiterelements einen Gleichstrom (DC) und einen Wechselstrom (AC) zu wandeln, und es weist eine Struktur zum Abführen der bei einer Aktivierung erzeugten Wärme mit einem Kühlmittel auf. Als Kühlmittel wird Wasser, eine Frostschutzflüssigkeit, in der Ethylenglykol mit Wasser gemischt ist, oder dergleichen verwendet. Das Halbleitermodul 300 weist einen auf der Seite der positiven Elektrode liegenden Anschluss 315B und einen auf der Seite der negativen Elektrode liegenden Anschluss 319B, die mit einem Kondensatormodul 500 (siehe 10) einer Gleichstromschaltung gekoppelt sind, und einen Stromversorgungsanschluss, durch den ein hoher Strom fließt, in der Art eines wechselstromseitigen Anschlusses 320B, der mit Motorgeneratoren 192 und 194 (siehe 10) einer Wechselstromschaltung oder dergleichen gekoppelt ist, auf. Zusätzlich sind Signalanschlüsse, die zum Steuern des Halbleitermoduls 300 verwendet werden, wie ein Gate-Anschluss 325L des unteren Arms, ein Spiegelemittersignalanschluss 325M, ein Kelvin-Emittersignalanschluss 325K, ein Gate-Anschluss 325U des oberen Arms, ein Spiegelemittersignalanschluss 325M und ein Kelvin-Emittersignalanschluss 325K bereitgestellt.
2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie X-X des in 1 dargestellten elektrischen Schaltungskörpers 400, 3 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie Y-Y des in 1 dargestellten elektrischen Schaltungskörpers 400, und 4 ist eine perspektivische Schnittansicht entlang einer Linie X-X des Halbleitermoduls 300 in einem Zustand, in dem das Kühlelement 340 entfernt ist.
Als die Schaltung des oberen Arms bildende Leistungshalbleiterelemente 155 und 156 sind ein aktives Element 155 und eine Diode 156 bereitgestellt. Als Material des aktiven Elements 155 oder der Diode 156 kann ein Halbleitermaterial in der Art von Si, SiC, GaN, GaO oder C verwendet werden. Wenn eine Body-Diode des aktiven Elements 155 als Diode 156 verwendet wird, kann eine zusätzlich angebrachte Diode fortgelassen werden. Eine Leiterplatte 431 ist mit der Kollektorseite der Leistungshalbleiterelemente 155 und 156 zusammengefügt. Für diese Zusammenfügung kann ein Lötmaterial oder gesintertes Metall verwendet werden. Eine Leiterplatte 430 ist mit der Emitterseite der Leistungshalbleiterelemente 155 und 156 zusammengefügt. Als die Schaltung des unteren Arms bildende Leistungshalbleiterelemente 157 und 158 sind ein aktives Element 157 und eine Diode 158 bereitgestellt. Eine Leiterplatte 433 ist mit der Kollektorseite der Leistungshalbleiterelemente 157 und 158 zusammengefügt. Eine Leiterplatte 432 ist mit der Emitterseite der Leistungshalbleiterelemente 157 und 158 zusammengefügt. Diese können für sich verwendet werden, können jedoch auch einer Metallisierung mit Ni, Ag oder dergleichen unterzogen werden, um die Fähigkeit zur Zusammenfügung mit einem Lötmaterial oder gesinterten Metall zu verbessern. Die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 sind nicht besonders beschränkt, solange sie aus einem Material mit einer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit bestehen, es ist jedoch ein Material auf Kupferbasis oder Aluminiumbasis wünschenswert. Die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 spielen eine Rolle als Wärmeübertragungselement, das zusätzlich zur Rolle, den Strom durchzulassen, von den Leistungshalbleiterelementen 155, 156, 157 und 158 erzeugte Wärme auf das Kühlelement 340 überträgt.
Weil die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 und das Kühlelement 340 unterschiedliche Potentiale haben, sind dazwischen Isolierschichten 442 und 443 bereitgestellt. Als Isolierschichten 442 und 443 können eine harzbasierte oder eine keramikbasierte Isolierschicht verwendet werden. Die keramikbasierte Isolierschicht hat den Vorteil einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit. Die harzbasierte Isolierschicht kann eine Haftfähigkeit aufweisen und durch Druck an die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 gebondet werden, so dass sich der Vorteil einer sehr guten Produktivität ergibt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel einer harzbasierten Isolierschicht erläutert. Durch Kombinieren der Isolierschichten 442 und 443 mit einer Metallfolie 444 zur Bildung folienartiger Elemente 440 und 441 kann die Bearbeitbarkeit bei der Herstellung verbessert werden, weil eine Isolierfolie nur auf einer Seite haftfähig ist. Die Isolierschichten 442, 443 können geschützt werden, indem sie auf der Seite, die in Kontakt mit dem Kühlelement 340 gelangt, die Metallfolie 444 aufweisen. Zwischen den jeweiligen folienartigen Elementen 440 und 441 und dem Kühlelement 340 ist ein Wärmeleitungselement 453 bereitgestellt, um den Kontaktwärmewiderstand zu verringern. Die Leistungshalbleiterelemente 155, 156, 157 und 158 und die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 sind durch Druckformen mit einem Versiegelungselement 360 versiegelt. Die Enden der folienartigen Elemente 440 und 441 können in das Versiegelungselement 360 eingebettet werden, so dass sie geschützt sind und verhindert wird, dass sie von den Enden abgezogen werden.
Beim Halbleitermodul 300 variiert die Dicke infolge einer Dickenvariation des Materials der Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 und einer Höhenvariation eines die Leistungshalbleiterelemente 155, 156, 157 und 158 verbindenden Zusammenfügungselements. Selbst wenn die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 und das Versiegelungselement 360 geschliffen werden, um die Dickenvariation des Halbleitermoduls 300 zu verringern, kann sie infolge der Variation beim Schleifprozess nicht beseitigt werden. Wenngleich 4 ein einziges Halbleitermodul 300 zeigt, unterscheidet sich, wenn andere Halbleitermodule 300 mit anderen Dicken daran angrenzen, die Dicke der jeweiligen Halbleitermodule 300 bis zur Wärmeabfuhrfläche 450.
Im Allgemeinen wird, wenn mehrere Halbleitermodule 300 mit Dickenvariationen parallel angeordnet werden und das Kühlelement 340 auf beiden Seiten davon angeordnet wird, die Dicke des Wärmeleitungselements 453 zwischen den Halbleitermodulen 300 und den Kühlelementen 340 beim dicken Halbleitermodul 300 gering. Umgekehrt wird beim dünnen Halbleitermodul 300 die Dicke des Wärmeleitungselements 453 zwischen dem Halbleitermodul 300 und dem Kühlelement 340 hoch. Wenn von den Leistungshalbleiterelementen 155, 156, 157 und 158 erzeugte Wärme durch das Kühlelement 340 abgeführt wird, ist die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitungselements 453 am geringsten und wird zu einem Engpass bei der Wärmeabfuhr. Die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 und das Kühlelement 340 bestehen aus Metall in der Art von Kupfer und Aluminium, und das Zusammenfügungselement besteht auch aus Metall in der Art von Lötmaterial und gesintertem Metall und hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Andererseits beruhen die Isolierschichten 442 und 443 der folienartigen Elemente 440 und 441 und des Wärmeleitungselements 453 nicht auf Metall und weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Selbst wenn die Isolierschichten 442 und 443 mit dem Wärmeleitungselement 453 verglichen werden, wird die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitungselements 453 gering. Dies liegt daran, dass selbst wenn beide aus demselben Harztyp bestehen, die Isolierschichten 442 und 443 in hohem Maße mit dem stark wärmeleitenden Füllstoff gefüllt werden können, indem der stark wärmeleitende Füllstoff und das Harz in einem Lösungsmittel geknetet werden und das Lösungsmittel dann verflüchtigt wird. Weil das Wärmeleitungselement 453 in einen schmalen Spalt gegeben und dort verwendet wird, muss es jedoch ohne Lösungsmittel oder nur mit wenig Lösungsmittel, selbst mit diesem gemischt, gehandhabt werden, wobei es schwierig ist, den stark wärmeleitenden Füllstoff in hohem Maße einzufüllen.
Falls das Halbleitermodul 300 mit einer hohen Wärmeabfuhr und das Halbleitermodul 300 mit einer geringen Wärmeabfuhr in derselben Leistungswandlungsvorrichtung verwendet werden, wird eine Steuerung entsprechend der Kühlleistung des Halbleitermoduls 300 mit der geringsten Wärmeabfuhr ausgeführt, so dass die Ausgangsleistung der Leistungswandlungsvorrichtung begrenzt ist. Weil jedoch die Tendenz besteht, dass die Leistungswandlungsvorrichtung eine hohe Ausgangsleistung hat, muss die Kühlleistung der mehreren Halbleitermodule 300 gleichermaßen verbessert werden.
Zusätzlich besteht die Tendenz, dass das Wärmeleitungselement 453 in Kombination mit einer hohen Wärmeleitung verkleinert und dünner gemacht werden muss, wodurch die Wärmeabfuhrleistung des Halbleitermoduls 300 verbessert wird. Es wurde gefordert, das Wärmeleitungselement 453, das im Stand der Technik mit einer Dicke von 1 mm. verwendet wurde, mit höchstens 100 µm. und wünschenswerterweise höchstens 50 µm. zu verwenden. Gegenüber einem Fall, in dem das Wärmeleitungselement 453 mit einer Dicke von 50 µm. verwendet wird, erhöht sich der Wärmewiderstand des Halbleitermoduls 300 bei einer Dicke des Wärmeleitungselements 453 von 100 µm. infolge einer Dickenvariation des Halbleitermoduls 300 beispielsweise um das 2Fache. Wie vorstehend beschrieben, wird die Dickendifferenz des Wärmeleitungselements 453 zu einem Engpass bei der Wärmeabfuhr.
Andererseits ändert sich bei Verwendung eines Wärmeleitungselements 453 mit einer hohen Dicke, beispielsweise 1 mm. wie im Stand der Technik, der Wärmewiderstand des Wärmeleitungselements 453 selbst dann kaum, wenn die Dicke des Wärmeleitungselements 453 um 50 µm. variiert. Wie vorstehend beschrieben, wird es, wenn ein Wärmeleitungselement 453 mit einer Dicke von höchstens 100 µm. und wünschenswerterweise höchstens 50 µm. verwendet wird, wichtiger, die Dicke des Wärmeleitungselements 453 in den mehreren parallel angeordneten Halbleitermodulen 300 anzugleichen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wie später detailliert beschrieben wird, ein eine geringe Steifigkeit aufweisender Abschnitt 460 des Kühlelements 340 verformt, so dass die Dickenvariation des Wärmeleitungselements 453 selbst dann verringert werden kann, wenn die Dicke des Halbleitermoduls 300 variiert. Ferner kann, wie später beschrieben wird, die Form, in welche der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 verformt wird, durch Fixieren des eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitts 460 mit einem Fixierelement 454 aufrechterhalten werden. Die Dicke des elektrischen Schaltungskörpers 400 kann durch Fixieren des eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitts 460 gegenüber dem Fall einer sandwichförmigen Einschließung des Halbleitermoduls 300 verringert werden.
Das in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Wärmeleitungselement 453 ist nicht besonders beschränkt, solange es aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht, es ist jedoch bevorzugt, ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit in der Art eines Metalls, einer Keramik oder eines Materials auf Kohlenstoffbasis in Kombination mit einem Harzmaterial zu verwenden. Zusätzlich ist ein durch Mischen eines stark wärmeleitenden Füllstoffs mit einem härtbaren Harz erhaltenes Material bevorzugter als ein durch Mischen eines stark wärmeleitenden Füllstoffs mit einem Öl in der Art eines Wärmeleitfetts erhaltenes Material. Dies soll verhindern, dass das Wärmeleitungselement 453 infolge einer Temperaturänderung in der Art eines Temperaturzyklus oder eines Leistungszyklus aus dem elektrischen Schaltungskörper 400 fließt. Das Harzmaterial ist nicht besonders beschränkt, es ist jedoch wünschenswert, ein Material auf Silikonbasis zu verwenden. Dies liegt daran, dass ein Material auf Silikonbasis ein geringes Elastizitätsmodul aufweist und auch nach dem Härten flexibel ist, und dass thermische Spannungen zwischen dem Kühlelement 340 und dem Halbleitermodul 300 vermindert werden können. Der stark wärmeleitende Füllstoff hat wünschenswerterweise eine maximale Teilchengröße von höchstens 100 µm. und bevorzugt höchstens 50 µm.. Dies liegt daran, dass es, wenngleich es erwünscht ist, die Dicke des Wärmeleitungselements 453 zu verringern, schwierig ist, die Dicke bis unter die maximale Teilchengröße des stark wärmeleitenden Füllstoffs zu verringern.
Wie in 3 dargestellt ist, fixiert das Fixierelement 454 das Kühlelement 340 an beiden Flächen der mehreren Seite an Seite angeordneten Halbleitermodule 300. Als Fixierelement 454 kann ein mechanisches Fixierelement oder ein Haftstoff verwendet werden. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Haftstoff als Fixierelement 454 verwendet wird. Bei einer Fixierung mit einem Haftstoff ist es wünschenswert, das gleiche Material auf Harzbasis wie beim Wärmeleitungselement 453 zu verwenden. Wenn das Wärmeleitungselement 453 aus einem Harz auf Silikonbasis besteht, kann der für das Fixierelement 454 verwendete Haftstoff wünschenswerterweise auch ein Harz auf Silikonbasis sein, damit die jeweiligen Übergangsflächen zufrieden stellend in engen Kontakt miteinander gelangen.
Das Wärmeleitungselement 453 hat gewöhnlich eine geringe Haftfähigkeit. Wenn ein Zusatzstoff hinzugefügt wird, der Haftfähigkeit verleiht, überzieht der Haftstoff daher den stark wärmeleitenden Füllstoff, so dass die Wärmeleitfähigkeit verringert wird. Es kann ein Wärmeleitungselement 453 mit einer hohen Haftfähigkeit verwendet werden, und es kann dann auch als Haftstoff zum Zusammenfügen der mehreren Seite an Seite angeordneten Halbleitermodule 300 mit dem eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 des Kühlelements 340 verwendet werden. Das heißt, dass das Wärmeleitungselement 453 mit einer hohen Haftfähigkeit als Fixierelement 454 verwendet werden kann.
Die Isolierschichten 442 und 443 der folienartigen Elemente 440 und 441 sind nicht besonders beschränkt, solange sie eine Wärmeabfuhr- und Haftfähigkeit aufweisen, es ist jedoch eine Isolierschicht auf Epoxidharzbasis, worin ein pulverförmiger anorganischer Füllstoff dispergiert ist, wünschenswert. Dies liegt daran, dass das Gleichgewicht zwischen Haftfähigkeit und Wärmeabfuhr gut ist. Die folienartigen Elemente 440 und 441 können die Isolierschichten 442 und 443 allein sein, die Metallfolie 444 wird jedoch wünschenswerterweise auf der Seite bereitgestellt, die in Kontakt mit dem Wärmeleitungselement 453 gelangt. Die Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 bestehen wünschenswerterweise aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, und es kann ein metallbasiertes Material in der Art von Kupfer oder Aluminium, ein Verbundmaterial aus einem metallbasierten Material und Diamant, Kohlenstoff, Keramik oder dergleichen mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit oder dergleichen verwendet werden.
Das Kühlelement 340 besteht wünschenswerterweise aus einem aluminiumbasierten Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einem geringen Gewicht. Das Kühlelement 340 wird durch Strangpressen, Schmieden, Hartlöten oder dergleichen hergestellt. Der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 des Kühlelements 340 wird so gebildet, dass er eine geringe Steifigkeit und Dicke aufweist. Der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 wird beispielsweise durch Pressen, maschinelles Schneiden oder Laserbearbeitung oder dergleichen als Vertiefung gebildet.
5 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie Y-Y des elektrischen Schaltungskörpers 400, worin ein Zustand dargestellt ist, in dem zwei Halbleitermodule 300 Seite an Seite angeordnet sind. In 5 wird das Halbleitermodul 300 im Interesse einer zweckmäßigen Erklärung als erstes Halbleitermodul 301 und zweites Halbleitermodul 302 bezeichnet.
Das Kühlelement 340 wird auf beiden Seiten des ersten Halbleitermoduls 301 und des zweiten Halbleitermoduls 302 angeordnet. Das Kühlelement 340 weist ein erstes Wärmeabfuhrgebiet 341, das über das Wärmeleitungselement 453 an das erste Halbleitermodul 301 angrenzt, und ein zweites Wärmeabfuhrgebiet 342, das über das Wärmeleitungselement 453 an das zweite Halbleitermodul 302 angrenzt, auf. Ferner ist ein eine geringe Steifigkeit aufweisender Abschnitt 460, dessen Steifigkeit und Dicke geringer sind als jene des ersten Wärmeabfuhrgebiets 341 und des zweiten Wärmeabfuhrgebiets 342, zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet 341 und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet 342 bereitgestellt. Der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 weist eine erste Vertiefung 461, die auf der Seite des ersten Halbleitermoduls 301 und auf der Seite des zweiten Halbleitermoduls 302 ausgebildet ist, und eine zweite Vertiefung 462, die auf der Seite ausgebildet ist, die der Seite des ersten Halbleitermoduls 301 und der Seite des zweiten Halbleitermoduls 302 entgegengesetzt ist, auf. Der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 kann nur mit der ersten Vertiefung 461 versehen sein, die auf der Seite des ersten Halbleitermoduls 301 und auf der Seite des zweiten Halbleitermoduls 302 ausgebildet ist.
Das Fixierelement 454 ist zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet 341 und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet 342 angeordnet und dabei in die erste Vertiefung 461 eingepasst, und es fixiert den eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 des Kühlelements 340 am ersten Halbleitermodul 301 und am zweiten Halbleitermodul 302. Wenn das Wärmeleitungselement 453 mit einer hohen Haftfähigkeit wie vorstehend beschrieben verwendet wird, kann es auch als Fixierelement 454 dienen.
Das erste Wärmeabfuhrgebiet 341 ist größer als ein Leiterplattengebiet 434 des ersten Halbleitermoduls 301, das zweite Wärmeabfuhrgebiet 342 ist größer als ein Leiterplattengebiet 434 des zweiten Halbleitermoduls 302, und der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 ist zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet 341 und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet 342 ausgebildet. Im Leiterplattengebiet 434 sind im ersten Halbleitermodul 301 und im zweiten Halbleitermodul 302 die Leistungshalbleiterelemente 155, 156, 157 und 158 mit den jeweiligen Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 verbunden und grenzen die folienartigen Elemente 440 und 441 an die jeweiligen Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 an.
Weil das erste Wärmeabfuhrgebiet 341 größer als das Leiterplattengebiet 434 des ersten Halbleitermoduls 301 ist und das zweite Wärmeabfuhrgebiet 342 größer als das Leiterplattengebiet 434 des zweiten Halbleitermoduls 302 ist, kann das Kühlelement 340 die von den Leistungshalbleiterelementen 155, 156, 157 und 158 zu den Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 geleitete Wärme abführen. Weil der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet 341 und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet 342 ausgebildet ist, wird die Abfuhr zu den Leiterplatten 430, 431, 432 und 433 geleiteter Wärme nicht behindert und kann eine hohe Wärmeabfuhr auch dann aufrechterhalten werden, wenn die Steifigkeit durch die Vertiefung verringert ist.
Zusätzlich kann das Kühlelement 340, weil sich das Gebiet, das dem eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 in den Halbleitermodulen 301 und 302 gegenübersteht, an einer Position befindet, die das Ende 305 aufweist, wobei es sich um einen Begrenzungsabschnitt der Halbleitermodule 301 und 302 handelt, der Dickendifferenz zwischen den Halbleitermodulen 301 und 302 folgen, selbst wenn die benachbarten Halbleitermodule 301 und 302 nahe beieinander angeordnet sind. Bei einer solchen Positionsbeziehung kann eine Dickenverringerung erreicht werden, indem die Halbleitermodule 301 und 302 nahe beieinander angeordnet werden, während eine hohe Wärmeabfuhr aufrechterhalten bleibt. Es sei bemerkt, dass die Halbleitermodule 301 und 302 in einem Abstand voneinander oder in Kontakt miteinander, d. h. einem Trennungsabstand 0, angeordnet werden können. In 5 ist ein Zustand dargestellt, in dem zwei Halbleitermodule 300 Seite an Seite angeordnet sind, in der Leistungswandlungsvorrichtung sind jedoch drei Halbleitermodule 300 Seite an Seite angeordnet, wie in 3 dargestellt ist. Auch wenn drei Halbleitermodule 300 Seite an Seite angeordnet sind, ähnelt die Beziehung zwischen den benachbarten Halbleitermodulen 300 der mit Bezug auf 5 beschriebenen.
Die 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) sind Ansichten, die Schritte zur Herstellung des elektrischen Schaltungskörpers 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Jede Figur ist durch eine Schnittansicht entlang der Linie Y-Y des in 1 dargestellten elektrischen Schaltungskörpers 400 repräsentiert.
6(a) zeigt einen Zustand, in dem drei Halbleitermodule 300 Seite an Seite in Kontakt miteinander angeordnet sind. In dieser Figur ist ein Zustand hervorgehoben, in dem die Dicken der Halbleitermodule 300 verschieden sind.
Als nächstes werden, wie in 6(b) dargestellt ist, das Wärmeleitungselement 453 und ein als Fixierelement 454 dienender Haftstoff auf die Kühlelemente 340 aufgebracht, die sich auf beiden Seiten (Ober- und Unterseite) des Halbleitermoduls 300 befinden. Anschließend werden, nachdem das Halbleitermodul 300 zwischen den Kühlelementen 340 angeordnet wurde, das obere und das untere Kühlelement 340 gekoppelt.
6(c) zeigt einen Druckausübungsschritt. Der elektrische Schaltungskörper 400 wird in einer Pressmaschine, die einen Druckausübungsmechanismus 456 und einen flexiblen Mechanismus 457 aufweist, installiert, und der als Fixierelement 454 dienende Haftstoff und das Wärmeleitungselement 453 werden aneinander geklebt, während der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 des Kühlelements 340 verformt wird. Für den Haftstoff und das Wärmeleitungselement 453 ist ein Haftstoff wünschenswert, der bei Raumtemperatur gehärtet werden kann, falls jedoch ein durch Hinzufügen eines Zusatzstoffs härtbares Zweikomponenten-Silikonharz verwendet wird, kann es bei 70 °C bis 120 °C erwärmt und dann in kurzer Zeit gehärtet werden. Wenn ein Silikonharz vom Kondensationstyp verwendet wird, kann die Härtungszeit durch Anwenden von Feuchtigkeit und Temperatur verkürzt werden.
Dann wird der Haftstoff, nachdem zumindest der Haftstoff, der das Fixierelement 454 bildet, gehärtet ist, aus dem Druckausübungsmechanismus 456 entfernt, um den in 6(d) dargestellten elektrischen Schaltungskörper 400 zu erhalten.
Die 7(a), 7(b) und 7(c) sind Ansichten, die ein modifiziertes Beispiel des elektrischen Schaltungskörpers 400 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. Jede Figur ist durch eine Schnittansicht entlang der Linie Y-Y des in 1 dargestellten elektrischen Schaltungskörpers 400 repräsentiert.
Beim in 7(a) dargestellten Beispiel ist ein Fall dargestellt, in dem ein mechanisches Element als Fixierelement 454 verwendet wird. Das Fixierelement 454 wird beispielsweise so angeordnet, dass ein Drahtstab mit einem kreisförmigen Querschnitt an den eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 (die zweite Vertiefung 462) des Kühlelements 340 anstößt und das Kühlelement 340 an beiden Seiten des ersten Halbleitermoduls 301 und des zweiten Halbleitermoduls 302 fixiert, so dass das Kühlelement 340 mit einem Federelement oder dergleichen von beiden Seiten des Kühlelements 340 in Dickenrichtung des elektrischen Schaltungskörpers 400 festgezogen wird. Die Zeit für das Härten des Haftstoffs kann durch mechanisches Fixieren übersprungen werden. Weil sich das Fixierelement 454 am eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 mit einer geringen Dicke befindet, kann ferner die Dicke des elektrischen Schaltungskörpers 400 verringert werden.
Beim in 7(b) dargestellten Beispiel ist ein Fall dargestellt, in dem der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 nur im Kühlelement 340 auf der Oberseite in der Zeichnung bereitgestellt ist. Weil das Kühlelement 340 auf der Unterseite in der Zeichnung flach ist, da es keinen eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 gibt, kann eine Seite des Halbleitermoduls 300 leicht ausgerichtet werden. Weil andererseits der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 auf der Oberseite im Kühlelement 340 bereitgestellt ist, kann die Dickenvariation des Halbleitermoduls 300 durch die Verformung des eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitts 460 des Kühlelements 340 auf der Oberseite absorbiert werden.
Beim in 7(c) dargestellten Beispiel ist der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 des Kühlelements 340 nur auf der Seite des Halbleitermoduls 300 bereitgestellt. Es können die Anzahl der Bearbeitungsschritte des eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitts 460 des Kühlelements 340 und die Kosten verringert werden.
Weil gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Kühlelement 340 mit dem eine geringe Dicke und eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 versehen ist, kann der elektrische Schaltungskörper 400 dünner gemacht werden. Ferner wird, weil der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 verformt wird, so dass er die Dickenvariation des Halbleitermoduls 300 absorbiert, die Wirkung erhalten, dass der elektrische Schaltungskörper 400 verkleinert werden kann, indem die benachbarten Halbleitermodule 300 dicht angeordnet werden, ohne dass die Wärmeabfuhr des elektrischen Schaltungskörpers 400 beeinträchtigt wird. Insbesondere ist, wenn ein Haftstoff als Fixierelement 454 verwendet wird, ein mechanisches Fixierelement unnötig und wird der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 fixiert und in einer Form gehalten, in welcher der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt 460 verformt ist, so dass die Vorrichtung dünner gemacht und verkleinert werden kann, während die Wärmeabfuhr aufrechterhalten wird.
8 ist eine teiltransparente Draufsicht des Halbleitermoduls 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 9 ist ein Schaltungsdiagramm des Halbleitermoduls 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in den 8 und 9 dargestellt ist, ist der auf der Seite der positiven Elektrode liegende Anschluss 315B aus der Kollektorseite der Schaltung des oberen Arms herausgeführt und mit der Seite der positiven Elektrode der Batterie oder des Kondensators verbunden. Der Gate-Anschluss 325U des oberen Arms ist von einem Gate und einem Emitter des aktiven Elements 155 der Schaltung des oberen Arms herausgeführt. Ein auf der Seite der negativen Elektrode liegende Anschluss 319B ist aus einer Emitterseite einer Schaltung des unteren Arms herausgeführt und mit der Seite der negativen Elektrode der Batterie oder des Kondensators oder mit Masse verbunden. Der Gate-Anschluss 325L des unteren Arms ist von einem Gate und einem Emitter des aktiven Elements 157 der Schaltung des unteren Arms herausgeführt. Ein wechselstromseitiger Anschluss 320B ist aus der Kollektorseite der Schaltung des unteren Arms herausgeführt und mit einem Motor verbunden. Wenn ein Neutralpunkt an Masse gelegt ist, ist die Schaltung des unteren Arms nicht mit Masse, sondern der Seite der negativen Elektrode des Kondensators verbunden.
Zusätzlich sind eine Leiterplatte (Emitterseite der Schaltung des oberen Arms) 430 und eine Leiterplatte (Kollektorseite der Schaltung des oberen Arms) 431 oberhalb und unterhalb des aktiven Elements 155 und der Diode 156 des Leistungshalbleiterelements (der Schaltung des oberen Arms) angeordnet. Eine Leiterplatte (Emitterseite der Schaltung des unteren Arms) 432 und eine Leiterplatte (Kollektorseite der Schaltung des unteren Arms) 433 sind oberhalb und unterhalb des aktiven Elements 157 und der Diode 158 des Leistungshalbleiterelements (der Schaltung des unteren Arms) angeordnet.
Das Halbleitermodul 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine 2-in-1-Struktur, bei der zwei Armschaltungen in Form der Schaltung des oberen Arms und der Schaltung des unteren Arms zu einem Modul integriert sind. Zusätzlich kann eine Struktur verwendet werden, bei der mehrere Schaltungen des oberen Arms und des unteren Arms zu einem Modul integriert sind. In diesem Fall können die Anzahl der Ausgangsanschlüsse des Halbleitermoduls 300 und die Größe verringert werden.
10 ist ein Schaltungsdiagramm der Leistungswandlungsvorrichtung 200, bei der das Halbleitermodul 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
Die Leistungswandlungsvorrichtung 200 weist Wechselrichter-Schaltungseinheiten 140 und 142, eine zusätzliche Wechselrichter-Schaltungseinheit 43 und ein Kondensatormodul 500 auf. Die Wechselrichter-Schaltungseinheiten 140 und 142 weisen mehrere Halbleitermodule 300 auf, und eine Dreiphasen-Brückenschaltung wird durch Verbinden von ihnen gebildet. Bei einer hohen Stromkapazität werden die Halbleitermodule 300 weiter parallel geschaltet, wobei die Parallelschaltung entsprechend jeder Phase der Dreiphasen-Wechselrichterschaltung geschieht, um auf eine Erhöhung der Stromkapazität zu reagieren. Zusätzlich kann durch Parallelschalten der aktiven Elemente 155 und 157 und der Dioden 156 und 158, wobei es sich um in das Halbleitermodul 300 aufgenommene Leistungshalbleiterelemente handelt, auf eine Erhöhung der Stromkapazität reagiert werden.
Die Wechselrichter-Schaltungseinheit 140 und die Wechselrichter-Schaltungseinheit 142 weisen die gleiche grundlegende Schaltungskonfiguration und im Wesentlichen das gleiche Steuerverfahren und den gleichen Betrieb auf. Weil der Schaltungsbetrieb der Wechselrichter-Schaltungseinheit 140 und dergleichen im Wesentlichen wohlbekannt ist, wird hier auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Die Schaltung des oberen Arms weist ein aktives Element 155 für den oberen Arm und eine Diode 156 für den oberen Arm als Leistungshalbleiterelemente zum Schalten auf, und die Schaltung des unteren Arms weist ein aktives Element 157 für den unteren Arm und eine Diode 158 für den unteren Arm als Leistungshalbleiterelemente für das Schalten auf. Die aktiven Elemente 155 und 157 führen ansprechend auf ein vom einen oder vom anderen der beiden die Treiberschaltung 174 bildenden Treiberschaltungen ausgegebenes Treibersignal einen Schaltvorgang aus und wandeln von der Batterie 136 zugeführten Gleichstrom in einen Dreiphasen-Wechselstrom um.
Das aktive Element 155 für den oberen Arm und das aktive Element 157 für den unteren Arm weisen eine Kollektorelektrode, eine Emitterelektrode und eine Gate-Elektrode auf. Die Diode 156 für den oberen Arm und die Diode 158 für den unteren Arm weisen zwei Elektroden, nämlich eine Kathode und eine Anode, auf.
Der auf der Seite der positiven Elektrode liegende Anschluss 315B und der auf der Seite der negativen Elektrode liegende Anschluss 319B der Reihenschaltungen des oberen und des unteren Arms sind jeweils mit einem Gleichspannungsanschluss zur Verbindung mit einem Kondensator des Kondensatormoduls 500 verbunden. Der Wechselstrom wird an jedem Verbindungsabschnitt der Schaltung des oberen Arms und der Schaltung des unteren Arms erzeugt, und der Verbindungsabschnitt der Schaltung des oberen Arms und der Schaltung des unteren Arms jeder der Reihenschaltungen des oberen und des unteren Arms ist mit dem wechselstromseitigen Anschluss 320B jedes Halbleitermoduls 300 verbunden. Der wechselstromseitige Anschluss 320B jedes Halbleitermoduls 300 jeder Phase ist mit dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss der Leistungswandlungsvorrichtung 200 verbunden, und der erzeugte Wechselstrom wird einer Statorwicklung des Motorgenerators 192 oder 194 zugeführt.
Die Steuerschaltung 172 erzeugt ein Zeitsignal zum Steuern der Schaltzeit des aktiven Elements 155 für den oberen Arm und des aktiven Elements 157 für den unteren Arm auf der Grundlage der von einer Steuervorrichtung, einem Sensor (beispielsweise dem Stromsensor 180) oder dergleichen auf der Fahrzeugseite eingegebener Informationen. Die Treiberschaltung 174 erzeugt ein Treibersignal, um das aktive Element 155 für den oberen Arm und das aktive Element 157 für den unteren Arm zu veranlassen, den Schaltvorgang auf der Grundlage des von der Steuerschaltung 172 ausgegebenen Zeitsignals auszuführen. Es sei bemerkt, dass Bezugszahlen 181 und 188 Verbinder bezeichnen.
Die Reihenschaltungen des oberen und des unteren Arms weisen einen Temperatursensor (nicht dargestellt) auf, und Temperaturinformationen der Reihenschaltung des oberen und des unteren Arms werden in den Mikrocomputer eingegeben. Spannungsinformationen auf der Seite der positiven Gleichstromelektrode der Reihenschaltungen des oberen und des unteren Arms werden in den Mikrocomputer eingegeben. Der Mikrocomputer führt auf der Grundlage dieser Informationsbestandteile eine Übertemperatur- und Überspannungserfassung durch und unterbricht den Schaltvorgang für alle aktiven Elemente 155 des oberen Arms und alle aktiven Elemente 157 des unteren Arms, wenn eine Übertemperatur oder eine Überspannung erfasst wird, um die Reihenschaltungen des oberen und des unteren Arms vor einer Übertemperatur oder Überspannung zu schützen.
11 ist eine äußere perspektivische Ansicht eines Beispiels der in 10 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung 200, und 12 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie XV-XV der in 11 dargestellten Leistungswandlungsvorrichtung.
Die Leistungswandlungsvorrichtung 200 weist ein Gehäuse 12 auf, das aus einem unteren Gehäuseteil 11 und einem oberen Gehäuseteil 10 besteht und eine im Wesentlichen rechteckige Parallelepipedform aufweist. Ein elektrischer Schaltungskörper 400, ein Kondensatormodul 500 und dergleichen sind in das Gehäuse 12 aufgenommen. Der elektrische Schaltungskörper 400 weist einen Kühlströmungsweg auf, und ein Kühlwasser-Einströmungsrohr 13 und ein Kühlwasser-Ausströmungsrohr 14, die mit dem Kühlströmungsweg kommunizieren, stehen von einer Seitenfläche des Gehäuses 12 vor. Wie in 12 dargestellt ist, weist der untere Gehäuseteil 11 eine Öffnung an der Oberseite (Z-Richtung) auf, und der obere Gehäuseteil 10 wird durch Schließen der Öffnung des unteren Gehäuseteils 11 an diesem angebracht. Der obere Gehäuseteil 10 und der untere Gehäuseteil 11 bestehen aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen und sind fixiert, während sie in Bezug auf den Außenbereich gedichtet sind. Der obere Gehäuseteil 10 und der untere Gehäuseteil 11 können integriert sein. Weil das Gehäuse 12 eine einfache rechteckige Parallelepipedform aufweist, sind die Anbringung an einem Fahrzeug oder dergleichen sowie die Herstellung erleichtert.
Wie in 11 dargestellt ist, ist ein Verbinder 17 in Längsrichtung des Gehäuses 12 an einer Seitenfläche angebracht und ist ein Wechselstromanschluss 18 mit dem Verbinder 17 verbunden. Ferner ist ein Verbinder 21 an einer Fläche bereitgestellt, aus der das Kühlwasser-Einströmungsrohr 13 und das Kühlwasser-Ausströmungsrohr 14 herausgeführt sind.
Wie in 12 dargestellt ist, ist der elektrische Schaltungskörper 400 in das Gehäuse 12 aufgenommen. Die Steuerschaltung 172 und die Treiberschaltung 174 sind oberhalb des elektrischen Schaltungskörpers 400 angeordnet, und das Kondensatormodul 500 ist auf der Seite des Gleichstromanschlusses des elektrischen Schaltungskörpers 400 aufgenommen. Die Leistungswandlungsvorrichtung 200 kann dünner gemacht werden, und der Freiheitsgrad bei der Installation am Fahrzeug wird verbessert, indem das Kondensatormodul 500 in der gleichen Höhe wie der elektrische Schaltungskörper 400 angeordnet wird. Der wechselstromseitige Anschluss 320B des elektrischen Schaltungskörpers 400 ist vom Stromsensor 180 durchdrungen und mit der Sammelschiene zusammengefügt. Der auf der Seite der positiven Elektrode liegende Anschluss 315B und der auf der Seite der negativen Elektrode liegende Anschluss 319B, die Gleichstromanschlüsse des Halbleitermoduls 300 sind, sind mit dem positiven bzw. dem negativen Elektrodenanschluss des Kondensatormoduls 500 zusammengefügt.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat die folgende Wirkung beim Betrieb.
(1) Der elektrische Schaltungskörper 400 umfasst ein erstes Halbleitermodul 301 und ein zweites Halbleitermodul 302, worin die jeweiligen Leistungshalbleiterelemente 155, 156, 157 und 158 eingesiegelt sind, ein Kühlelement 340, das von den Leistungshalbleiterelementen 155, 156, 157 und 158 übertragene Wärme abführt, und ein Fixierelement 454, welches das Kühlelement 340 an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls 301 und des zweiten Halbleitermoduls 302, die Seite an Seite angeordnet sind, fixiert, wobei wenigstens eines der Kühlelemente 340, die an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls 301 und des zweiten Halbleitermoduls 302 fixiert sind, ein erstes Wärmeabfuhrgebiet 341, das über das Wärmeleitungselement 453 an das erste Halbleitermodul 301 angrenzt, ein zweites Wärmeabfuhrgebiet 342, das über das Wärmeleitungselement 453 an das zweite Halbleitermodul 302 angrenzt, und einen eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460, der zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet 341 und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet 342 ausgebildet ist, so dass er eine geringere Steifigkeit als das erste Wärmeabfuhrgebiet 341 und das zweite Wärmeabfuhrgebiet 342 aufweist, umfasst, und das Fixierelement 454 das Kühlelement 340 an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls 301 und des zweiten Halbleitermoduls 302 im eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt 460 des Kühlelements 340 fixiert. Dadurch kann die Vorrichtung dünner gemacht werden, während die Wärmeabfuhr aufrechterhalten wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und andere innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung denkbare Modi sind auch im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung enthalten, solange die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Zusätzlich können die vorstehend beschriebene Ausführungsform und mehrere modifizierte Beispiele kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

155, 156, 157, 158: Leistungshalbleiterelement
192, 194: Motorgenerator von Wechselstromschaltung
300: Halbleitermodul
301: erstes Halbleitermodul
302: zweites Halbleitermodul
315B: auf der Seite der positiven Elektrode liegender Anschluss
319B: auf der Seite der negativen Elektrode liegender Anschluss
320B: wechselstromseitiger Anschluss
325L: Gate-Anschluss des unteren Arms
325M: Spiegelemittersignalanschluss
325K: Kelvin-Emittersignalanschluss
325U: Gate-Anschluss des oberen Arms
325M: Spiegelemittersignalanschluss
325K: Kelvin-Emittersignalanschluss
340: Kühlelement
341: erstes Wärmeabfuhrgebiet
342: zweites Wärmeabfuhrgebiet
360: Dichtungselement
400: elektrischer Schaltungskörper
430, 431, 432, 433: Leiterplatte
434: Leiterplattengebiet
442, 443: Isolierschicht
440, 441: folienartiges Element
444: Metallfolie
453: Wärmeleitungselement
454: Fixierelement
460: eine geringe Steifigkeit aufweisender Abschnitt
461: erste Vertiefung
462: zweite Vertiefung
500: Kondensatormodul

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 2009182312 A [0004]

Claims

Elektrischer Schaltungskörper, umfassend: ein erstes Halbleitermodul und ein zweites Halbleitermodul, worin die jeweiligen Leistungshalbleiterelemente eingesiegelt sind, ein Kühlelement, das von den Leistungshalbleiterelementen übertragene Wärme abführt, und ein Fixierelement, welches das Kühlelement an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls, die Seite an Seite angeordnet sind, fixiert, wobei wenigstens eines der Kühlelemente, die an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls fixiert sind, ein erstes Wärmeabfuhrgebiet, das über das Wärmeleitungselement an das erste Halbleitermodul angrenzt, ein zweites Wärmeabfuhrgebiet, das über das Wärmeleitungselement an das zweite Halbleitermodul angrenzt, und einen eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt, der zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet ausgebildet ist, so dass er eine geringere Steifigkeit als das erste Wärmeabfuhrgebiet und das zweite Wärmeabfuhrgebiet aufweist, umfasst, und das Fixierelement das Kühlelement an beiden Flächen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls im eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt des Kühlelements fixiert.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 1, wobei das Fixierelement ein Haftstoff ist, der zwischen dem ersten Wärmeabfuhrgebiet und dem zweiten Wärmeabfuhrgebiet angeordnet ist und den eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt des Kühlelements an das erste und das zweite Halbleitermodul anklebt.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitungselement auch als Fixierelement dient.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 1, wobei der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt des Kühlelements eine erste Vertiefung aufweist, die auf der Seite des ersten Halbleitermoduls und der Seite des zweiten Halbleitermoduls ausgebildet ist, und das Fixierelement angeordnet wird, während es in die erste Vertiefung eingepasst wird.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 1, wobei der eine geringe Steifigkeit aufweisende Abschnitt des Kühlelements eine zweite Vertiefung aufweist, die auf einer der Seite des ersten Halbleitermoduls und der Seite des zweiten Halbleitermoduls entgegengesetzten Seite ausgebildet ist.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 5, wobei das Fixierelement so angeordnet ist, dass es an die zweite Vertiefung angrenzt, und das Kühlelement durch Festziehen des Kühlelements in Dickenrichtung des elektrischen Schaltungskörpers an beiden Flächen des ersten und des zweiten Halbleitermoduls fixiert.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 1, wobei das erste Wärmeabfuhrgebiet größer als ein Gebiet ist, in dem das Leistungshalbleiterelement des ersten Halbleitermoduls mit einer Leiterplatte verbunden ist, und das zweite Wärmeabfuhrgebiet größer als ein Gebiet ist, in dem das Leistungshalbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls mit einer Leiterplatte verbunden ist.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 7, wobei das erste Halbleitermodul und das an das erste Halbleitermodul angrenzende zweite Halbleitermodul voneinander beabstandet angeordnet sind.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 7, wobei das erste Halbleitermodul und das an das erste Halbleitermodul angrenzende zweite Halbleitermodul in Kontakt miteinander angeordnet sind.
Elektrischer Schaltungskörper nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Begrenzungsabschnitt zwischen dem ersten Halbleitermodul und dem an das erste Halbleitermodul angrenzenden zweiten Halbleitermodul in einem dem eine geringe Steifigkeit aufweisenden Abschnitt gegenüberstehenden Gebiet angeordnet ist.
Leistungswandlungsvorrichtung, die den in einem der Ansprüche 1 bis 9 beschriebenen elektrischen Schaltungskörper aufweist, wobei die Leistungswandlungsvorrichtung Gleichstrom in Wechselstrom wandelt.