DE102005057981A1

DE102005057981A1 - Leistungshalbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102005057981A1
Application number: DE102005057981A
Authority: DE
Inventors: Naoki Yoshimatsu; Takanobu Yoshida; Toshiaki Shinohara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2006-06-14
Also published as: US20060119512A1; JP2006190972A; US7656016B2

Abstract

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitzustellen, die mindestens ein Paar Leistungsmodule aufweist, von denen jedes eine mit einem Formharz bedeckte Formteiloberfläche und eine der Formteiloberfläche entgegengesetzte Abstrahloberfläche aufweist. Die Leistungshalbleitervorrichtung schließt ebenso ein Paar Abstrahlrippen ein, zwischen die die Leistungsmodule so gelegt sind, daß die Formteiloberflächen der Leistungsmodule einander kontaktieren und die Abstrahloberflächen davon jeweils die Abstrahlrippen kontaktieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Leistungshalbleitervorrichtung zum Steuern eines Motors, der zum Beispiel für ein Elektrofahrzeug verwendet wird.
Kürzlich ist ein so genanntes Hybridleistungsfahrzeug unter Ausnutzung sowohl einer Kraftmaschine als auch eines Motors vermarktet worden, was ein einem Kraftfahrzeug gewidmetes Kraftmaschinensystem und ein Hybridsystem erfordert, das Komponenten wie ein Motor, eine Invertervorrichtung und eine Batterie einschließt, um in einem begrenzten Raum wie einem Motor- bzw. Kofferraum eingesetzt zu werden. Deshalb ist der Bedarf zum Verkleinern dieser Komponenten stark vorhanden, und auch die Minimierung der Größe der Halbleitervorrichtung wird stark gewünscht.
Während das in der Leistungshalbleitervorrichtung eingeschlossene Leistungsmodul auf einer Abstrahlrippe zum Abstrahlen von aus dem Leistungsmodul erzeugter Wärme montiert werden muß, sind im allgemeinen eine Vielzahl von Leistungsmodulen auf einer breiten Oberfläche der Abstrahlrippe auf zweidimensionale Weise montiert. Diese flächenmäßige Anordnung der Leistungsmodule begrenzt die Flexibilität zum Gestalten des gesamten Layouts der Leistungsmodule, wodurch die Verkleinerung der Leistungshalbleitervorrichtung behindert wird.
Wenn das Leistungsmodul, das eine Formteilpackung und eine Abstrahloberfläche aufweist, auf der Abstrahlrippe montiert ist mit der Abstrahloberfläche, die eng damit in Kontakt steht, ist ferner die Formteilpackung direkt mit der Abstrahlrippe verschraubt. Die Dauerbefestigungskraft kann dazu führen, daß sich die Formteilpackung in dem lokalen Bereich verformt, wo die Kraft angewandt wird, wodurch sich die Schrauben lösen. Um das Verformen der Formteilpackung zu verhindern, wird typischerweise zwischen dem Leistungsmodul und der Abstrahlrippe, die zusammenzuschrauben sind, eine Metallplatte mit hoher Steifigkeit bereitgestellt, um die Feststellkraft durch die Schrauben gleichmäßig über die Formteilpackung hinweg zu verteilen. Dieser Weg ist jedoch nicht ausreichend, das Sichlösen der Schrauben aufgrund der Harzverformung zu verhindern.

Es sind mehrere Leistungshalbleitervorrichtungen vorgeschlagen worden, und z.B. die JP-A-06-024279 offenbart eine Kühlvorrichtung für ein elektrisches Kraftfahrzeug, in der eine Vielzahl von Leistungsmodulen auf einer Abstrahlplatte montiert ist. Eine andere Druckschrift, JP-A-2003-333702, offenbart ein Motorsteuerelement mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen, die auf dem Abstrahlblech bereitgestellt sind. In der JP-A-2004-215340 ist eine Leistungsinstallationsstruktur für eine Invertervorrichtung offenbart, die die Leistungsmodule auf einer U-förmigen Abstrahlplatte bereitgestellt aufweist. Die JP-A-2002-216860 offenbart auch einen zylindrischen Kühlmantel.

Ferner offenbart die JP-A-2003-338592 ein Leistungshalbleitermodul mit einer zwischen dem Leistungsmodul und einer Steuerplatte bereitgestellten Springfeder.

Somit wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um jene Probleme wie oben beschrieben anzusprechen, und eine Aufgabe besteht darin, eine verkleinerte Leistungshalbleitervorrichtung bereitzustellen, die eine Vielzahl von auf einer Abstrahlrippe montierten Leistungsmodulen aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitzustellen, die mindestens ein Paar Leistungsmodule einschließt, von denen jedes eine mit einem Formharz bedeckte Formteiloberfläche sowie eine der Formteiloberfläche gegenüberliegende Abstrahloberfläche aufweist. Die Leistungshalbleitervorrichtung schließt ferner ein Paar Abstrahlrippen ein, zwischen denen die Leistungsmodule so gelegt sind, daß die Formteiloberflächen der Leistungsmodule einander kontaktieren und die Abstrahloberflächen davon jeweils die Abstrahlrippen kontaktieren.

Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird aus der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung deutlich. Es ist jedoch klar, daß die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, nur zur Veranschaulichung gegeben werden, da unterschiedliche Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der Erfindung aus dieser detaillierten Beschreibung dem Fachmann deutlich werden.

Die vorliegende Erfindung wird leichter verständlich aus der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen, was lediglich zur Veranschaulichung gegeben wird und somit für die vorliegende Erfindung nicht begrenzend ist.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Teil der Abstrahlrippe zur Verdeutlichung der inneren Struktur davon aufgebrochen ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Transferformungs-Leistungsmoduls, das in der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
3 ist eine Seiten- und Teilschnittansicht der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Draufsicht von unten der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine Draufsicht von oben einer parallelen Verdrahtungsplatte von 3, was obere und untere Leitungsmuster und Hauptterminals eines Paars der Leistungsmodule veranschaulicht, und 5B und 5C sind Schnittansichten, die jeweils entlang der Linien 5B-5B und 5C-5C genommen wurden.
6 ist eine Draufsicht von unten der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Seiten- und Teilschnittansicht der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Seiten- und Teilschnittansicht der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation von 7.
9 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer typischen Leistungshalbleitervorrichtung.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nachfolgend die Einzelheiten von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Während die hinsichtlich Richtungsangaben angebende Terminologie (z.B. "oben", "unten", "nach oben" und "nach unten") lediglich zum deutlichen Verständnis auf herkömmliche Weise verwendet werden, sollten diese Beschreibungen nicht so verstanden werden, daß die Terminologie den Umfang der vorliegenden Erfindung begrenzt.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während ein Teil einer Abstrahlrippe zur Verdeutlichung einer inneren Struktur davon aufgebrochen ist. 2 ist ebenfalls eine perspektivische Ansicht eines Trans ferformungs-Leistungsmoduls 2, das in der in 1 veranschaulichten Leistungshalbleitervorrichtung 1 eingebaut ist.
Bevor die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, erfolgt unter Bezugnahme auf 10 hier eine kurze Diskussion einer für ein Hybridleistungsfahrzeug verwendeten typischen Leistungshalbleitervorrichtung. Die Leistungshalbleitervorrichtung von 10 schließt eine Vielzahl von Transferformungs-Leistungsmodulen 2 ein, von denen jedes eine Abstrahloberfläche einschließt. Die Leistungsmodule 2 sind auf einer Abstrahlrippe (Kühlvorrichtung) 16 angeordnet derart, daß jede der Abstrahloberflächen der Leistungsmodule 2 in engem Kontakt mit der oberen Oberfläche der Abstrahlrippe 16 stehen. Die Abstrahlrippe 16 ist mit einem Kühlmittelkanal versehen, durch den von einem Einlaß 18 zu einem Auslaß 20 Kühlmittel im Inneren der Abstrahlrippe (Kühlvorrichtung) 16 zirkuliert. Aus den Leistungsmodulen 2 erzeugte Wärme wird über die Abstrahloberfläche übertragen und von dem durch den Kanal der Abstrahlrippe 16 laufenden Kühlmittel aufgenommen. Die Abstrahlrippe 16 besitzt jedoch eine große flache Oberfläche, wie in 10 veranschaulicht, was die Verkleinerung der Vorrichtung hemmt. Angesichts dieses Nachteils wird hier die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Leistungsmodul 2 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform liegt in einer Form eines rechteckigen festen Körpers vor, der zwei flache Hauptoberflächen aufweist, wie in 2 veranschaulicht. Eine der flachen Hauptoberflächen (erste Hauptoberfläche oder Formteiloberfläche 6) und vier Seitenoberflächen des Leistungsmoduls 2 sind mit Harz geformt oder bedeckt, und die andere der flachen Hauptoberflächen (zweite Hauptoberfläche oder Abstrahloberflä che 4) ist mit einer Metallplatte hoher thermischer Leitfähigkeit bedeckt zum Abstrahlen von Wärme aus dem darin gebildeten Leistungshalbleiterchip wie einem isolierten Gatebipolartransistor(IGBT)-Chip oder einem Freilaufdioden(Free Wheel Diode, FWD)-Chip. Das Leistungsmodul 2 schließt ferner ein Paar Hauptterminals 8, das durch ein Kollektorterminal (C-Terminal) und ein Emitterterminal (E-Terminal) aufgebaut ist, sowie ein oder mehrere Steuerterminal (s) 10 wie einem Gateterminal und verschiedentliche Sensorterminals ein.
Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet mindestens ein Paar der Leistungsmodule 2. Somit sind zwei der Leistungsmodule so gekoppelt, daß die Formteiloberflächen 6 von jedem Leistungsmodul 2 eng miteinander in Kontakt stehen, und daß die Abstrahloberflächen 4 von jedem Leistungsmodul 2 nach außen zeigen. Wie in 1 gezeigt sind ferner drei Paare der Leistungsmodule 2 so angeordnet, daß die Abstrahloberflächen 4 davon aufeinander ausgerichtet sind, und daß Haupt- und Steuerterminals 8, 10 jeweils nach unten bzw. nach oben aus den entgegengesetzten Seitenoberflächen (oberen und unteren Seitenoberflächen) des Leistungsmoduls 2 vorstehen. Die Zahl der Paare von Leistungsmodulen 2 kann mehr oder weniger als drei sein. Ferner schließt die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein Paar Abstrahlrippen 16 ein, zwischen denen drei Paare (sechs) der Transferformungs-Leistungsmodule 2 so gelegt werden, daß die Abstrahloberflächen 4 dieser Leistungsmodule 2 in engem Kontakt mit den Abstrahlrippen 16 sind. Vorzugsweise kann Silikonfett hoher thermischer Leitfähigkeit auf den Abstrahloberflächen 4 der Leistungsmodule 2 und/oder den auf die Abstrahloberflächen 4 zeigenden kontaktierenden Oberflächen (nicht gezeigt) der Abstrahlrippen 16 appliziert werden. Ferner können irgendwelche geeigneten Befestiger (nicht gezeigt) verwendet werden, um die Abstrahlrippen 16 in die Lage zu versetzen, die Leistungsmodule 2 einzuklemmen oder zusammenzupressen, wodurch Wärme, die durch die Leistungshalbleiterchips im Inneren der Leistungsmodule 2 erzeugt wird, auf effiziente Weise durch die Abstrahloberflächen 4 und die Abstrahlrippen 16 abgestrahlt wird. Solange die Abstrahlrippen 16 die dazwischen angebrachten Leistungsmodule 2 sicher halten, können jegliche Arten von Befestigern verwendet werden und schließen zum Beispiel Schrauben und Gewindelöcher, die durch die Abstrahlrippen 16 und/oder die Leistungsmodule 2 bereitgestellt sind, ein.
Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schließen jede der Abstrahlrippen 16 im wesentlichen dieselbe Struktur mit den horizontal sich erstreckenden Kühlkanälen 24 ein, wie in dem aufgebrochenen Teil von 1 veranschaulicht. Ferner weist einer der Abstrahlrippen 16 (die in 1 an der Vorderseite Gezeigte) einen Einlaß 18 und einen Auslaß 20 jeweils in Fluidverbindung mit den oberen und unteren vier Kühlmittelkanälen 24 auf. Die andere der Abstrahlrippen 16 (die in 1 an der Rückseite Gezeigte) weist ebenfalls die oberen und unteren vier Kühlmittelkanäle in Fluidverbindungen über die Rohre 22a, 22b jeweils mit den oberen und unteren vier Kühlmittelkanälen 24 der Vorderseiten-Abstrahlrippe 16 auf. Die oberen und unteren vier Kühlmittelkanäle der Rückseiten-Abstrahlrippe sind miteinander über das Rohr 22c verbunden. Deshalb wird das Kühlmittel aus dem Einlaß 18 bis zum Auslaß 20 über die oberen Kanäle der vorderen Abstrahlrippe, dem Rohr 22a, den oberen Kanälen der hinteren Abstrahlrippe, dem Rohr 22c, den unteren Kanälen der hinteren Abstrahlrippe, dem Rohr 22b sowie den unteren Kanälen der vorderen Abstrahlrippe zirkuliert. Während der Zirkulation nimmt das durch die Kanäle 24 laufende Kühlmittel Wärme, die aus den Abstrahlober flächen 4 übertragen wird, gleichmäßig über die Abstrahlrippen 16 auf effiziente Weise auf.
In dem Fall, bei dem die Transferformungs-Leistungshalbleitervorrichtung durch Übertragungsformung der Innenteile wie den Leistungshalbleiterchips mit einem Harz hergestellt wird, kann das Formharz im allgemeinen, wenn das Formharz zur Verfestigung abgekühlt wird, aufgrund der Anordnung, dem Material und unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten der Komponenten ungleichmäßig schrumpfen. Dies kann eine Verwölbung und/oder ein Verziehen der Abstrahloberfläche 4 und der Formteiloberfläche 6 bilden, was seinerseits eine Lücke zwischen der Abstrahloberfläche 4 und der Abstrahlrippe 16 verursacht, wodurch die Kühleffizienz der Leistungshalbleitervorrichtung verringert wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine solche Verwölbung und/oder ein solches Verziehen der Abstrahloberfläche 4 leicht korrigiert werden durch ein Paar der Abstrahlrippen 16, das die Leistungsmodule 2 mit Befestigungsdruck über die Abstrahloberflächen 4 davon hinweg sicher einklemmt, während die Leistungsmodule 2 effizient gekühlt werden.
Während wie in 2 deutlich gezeigt die Steuerterminals sich aus der oberen (ersten) Seitenoberfläche des Leistungsmoduls 2 heraus erstrecken und sich die Hauptterminals 8 aus der entgegengesetzten unteren (zweiten) Seitenoberfläche heraus nach unten erstrecken, sind die Hauptterminals 8 so gebogen, daß sie sich in einer zur Abstrahloberfläche 4 senkrechten Richtung erstrecken.
3 ist eine Seiten- und Teilschnittansicht der Leistungshalbleitervorrichtung 1 (die Abstrahlrippen 16 sind in der Querschnittsansicht gezeichnet), mit einer mit den Steuerterminals 10 elektrisch verbundenen Steuerplatte 28 und einer parallelen Verdrahtungsplatte 26, auf der die Hauptterminals 8 befestigt sind. 4 ist eine Draufsicht von unten der Leistungshalbleitervorrichtung 1 von 1. Wie erneut auch in 1 und 3 veranschaulicht erstrecken sich die Steuerterminals 10 dieser Leistungsmodule 2 nach oben, und die Hauptterminals 8 davon erstrecken sich nach unten. Diese Anordnung der Haupt- und Steuerterminals 8,10 erleichtert die elektrische Verbindung jeweils mit den Verdrahtungs- und Steuerplatten 26,28.
Im übrigen erfolgt eine Schaltung mit einer großen Menge an Direktstrom, um durch das Hauptterminal 8 zu laufen, was eine elektromagnetische Differenz (EMI) erzeugt, was seinerseits eine Fehlfunktion der Steuerschaltung verursachen kann. Von diesem Standpunkt aus betrachtet kann die EMI aus den Hauptterminals 8, insbesondere die EMI aus einem Abschnitt davon, der durch eine Harzpackung bedeckt ist, vorteilhaft durch die Abstrahlrippen 16 blockiert werden, zwischen die die Leistungsmodule 2 gelegt sind, wodurch die Fehlfunktion der Steuerschaltung auf der Steuerplatte 28 verhindert wird. Somit dient ein Paar der Abstrahlrippen 16 einer Funktion als Abschirmplatten gegenüber der EMI, was keine separate elektromagnetische Abschirmplatte erfordert. Dies verringert die Herstellungskosten und vereinfacht die Struktur der Leistungshalbleitervorrichtung.
Ferner wird durch die Anordnung der Steuerplatte 28, die sich in einer zu den Hauptoberflächen der Leistungsmodule 2 senkrechten Richtung erstreckt, ermöglicht, daß die Verdrahtungs linie der Steuerterminals 10 minimiert wird, was die elektromagnetische Suszeptibilität der Steuerschaltung auf der Steuerplatte 28 verbessert und die Leistungshalbleitervorrichtung 1 insgesamt kleiner macht.
Die elektrische Verbindung zwischen der Steuerplatte 28 und den Steuerterminals 10 kann zum Beispiel mittels Verlöten oder durch einen Verbinder bewerkstelligt werden.
Wie oben beschrieben und in 3 veranschaulicht ist jedes der Hauptterminals 8 mit einem abgebogenen Abschnitt, der gegenüber der Abstrahlrippe 16 senkrecht verbogen ist, versehen, der ein Durchgangsloch aufweist und über die Durchgangslöcher durch Befestigungsbolzen 34 mit Muttern 36 auf der Verdrahtungsplatte 26 befestigt ist. Somit erleichtert der abgebogene Abschnitt des Hauptterminals 8 den Zusammenbau des Hauptterminals mit der Verdrahtungsplatte 26.
Im übrigen ist 5A eine Draufsicht von oben der parallelen Verdrahtungsplatte 26, dabei obere und untere Leitungsmuster und Hauptterminals der gepaarten Leistungsmodule 2 von 4 veranschaulichend. Es sollte angemerkt werden, daß, da die 4 und 5A jeweils Drauf sichten von unten und von oben darstellen, die Positionen des Emitters und des Kollektors einander gegenüberliegend gezeigt sind. Auch sind 5B und 5C Schnittansichten, die jeweils entlang der Linien 5B-5B und 5C-5C genommen wurden.
Insbesondere schließt die parallele Verdrahtungsplatte 26 ein AC-Muster ein, das aus leitfähigem Material auf einer oberen Oberfläche davon gebildet ist, das mit einem der AC-Ausgaben 40 wie U-, V-, W-Ausgaben elektrisch verbunden ist. Die parallele Verdrahtungsplatte 26 schließt auch Negativ- und Positiv- Muster 56, 58 aus leitfähigem Material ein, das mit Negativ- und Positiv-DC-Eingaben (nicht gezeigt) elektrisch verbunden ist. Die Negativ- und Positiv-DC-Muster 56, 58 sind jeweils auf den oberen und unteren Oberflächen der parallelen Verdrahtungsplatte 26 so gebildet, daß sie einander entgegengesetzt sind. Wenn, wie in 5A und 5B gezeigt, ein Paar der Leistungsmodule 2 von 4 auf der parallelen Verdrahtungsplatte 26 befestigt ist, sind somit das Kollektorterminal (1-C) des ersten Leistungsmoduls und das Emitterterminal (2-E) des zweiten Leistungsmoduls mittels Schrauben und Muttern aus leitfähigem Material mit dem AC-Muster 54 auf der oberen Oberfläche der Verdrahtungsplatte 26 elektrisch verbunden. Ferner ist, wie in 5A und 5C gezeigt, das Emitterterminal (1-E) des ersten Leistungsmoduls mittels einer Schraube und einer Mutter aus leitfähigem Material mit dem Positiv-Muster 58 elektrisch verbunden, während das Kollektorterminal (2-C) des zweiten Leistungsmoduls zum Beispiel mittels einer Schraube aus isolierendem Material und einer Mutter aus leitfähigem Material mit dem Positiv-Muster 56 elektrisch verbunden ist.
Da eine wesentliche Menge an Strom durch die Negativ- und Positiv-Muster 56, 58 fließt, ist es bei der Leistungshalbleitervorrichtung 1 erforderlich, daß zur Verminderung des Leistungsverlusts die Induktivitäten davon minimiert werden. Eine Minimierung der Induktivitäten davon erfordert zum Beispiel, daß die Verdrahtungslänge der DC-Muster 56, 58 bis zu einem Glättungskondensator 30 verringert wird, daß die Umlauflänge des Querschnitts der DC-Muster 56, 58 vergrößert wird, und daß die Lücke zwischen den DC-Mustern 56, 58 verringert wird. Da die DC-Muster 56, 58 auf den oberen und unteren Oberflächen der Verdrahtungsplatte 26 einander entgegengesetzt gebildet sind, kann die Lücke zwischen den DC-Mustern 56, 58 zur Ver ringerung der Induktivitäten der Leistungshalbleitervorrichtung 1 minimiert werden.
Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform das AC-Muster 54 auf der oberen Oberfläche gebildet ist, kann es auch auf der unteren Oberfläche der Verdrahtungsplatte 26 gebildet sein.
6 ist eine Draufsicht von unten einer anderen Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform weist Komponenten auf, die zu jenen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, die durch ähnliche Bezugsziffern bezeichnet sind, und eine erneute Beschreibung dafür wird nicht gemacht.
In der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform ist das Kollektorterminal (C) des einen der gepaarten Leistungsmodule 2 dem Emitterterminal (E) eines anderen der gepaarten Leistungsmodule 2 entgegengesetzt und umgekehrt. Im Gegensatz dazu sind in der in 6 veranschaulichten zweiten Ausführungsform die Kollektor/Emitterterminals der gepaarten Leistungsmodule 2 einander entgegengesetzt. Die gepaarten Leistungsmodule 2 weisen mit Ausnahme der Positionen der Kollektor/Emitter-Terminals eine ähnliche Struktur (Aufbau und/oder elektrische Merkmale) auf. Bei Betrachtung aus der gegenüber der Formungsoberfläche senkrechten Richtung weist eines der gepaarten Leistungsmodule somit das Emitterterminal an der linken Seite und das Kollektorterminal an der rechten Seite auf, wohingegen ein anderes der gepaarten Leistungsmodule 2 das Emitterterminal auf der rechten Seite und das Kollektorterminal auf der linken Seite aufweist. Nachdem die gepaarten Leistungsmodule 2 der zweiten Ausführungsform zusammengebaut sind, liegen deshalb die Kollektor/Emitter-Terminals davon einander gegenüber.
Die gegenüberliegenden Kollektor/Emitter-Terminals können miteinander über das Leitungsmuster oder Sammelschienen elektrisch verbunden sein, was es ermöglicht, daß die Kapazität des Stroms doppelt erhöht wird.
7 ist eine Seiten- und Teilschnittansicht der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (die Abstrahlrippen 16 sind in Querschnittsansicht gezeigt). Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 der dritten Ausführungsform weist Komponenten auf, die ähnlich zu jenen der ersten Ausführungsform sind, die mit ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet sind, und eine wiederholte Beschreibung dafür wird nicht gemacht.
In der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform ist der Glättungskondensator 30 auf der parallelen Verdrahtungsplatte 26, von den Leistungsmodulen 2 entfernt, montiert. In der in 7 veranschaulichten dritten Ausführungsform andererseits ist der Glättungskondensator 42 zwischen den gepaarten Leistungsmodulen 2 angeordnet und dazwischengelegt. Der Glättungskondensator 42 weist vorzugsweise einen rechteckigen festen Körper mit flachen und parallelen Oberflächen zur sicheren Fixierung auf und kann deshalb zum Beispiel aus einem Keramikkondensator aufgebaut sein. Wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen sind auch in der dritten Ausführungsform zwischen einem Paar von Abstrahlrippen 16 drei Paare der Leistungsmodule 2 gelegt, dabei jede der Abstrahloberflächen davon anpressend, um die Leistungsmodule 2 sicher zu halten.
Der Glättungskondensator 42 schließt ein Paar Hauptterminals ein, von denen jedes einen senkrecht abgebogenen, gebogenen Abschnitt als den Terminals der Leistungsmodule 2 aufweist.
Auch weist der gebogene Abschnitt des Hauptterminals des Glättungskondensators 42 ein Durchgangsloch auf, und der Glättungskondensator 42 ist auf der parallelen Verdrahtungsplatte 26 mittels Befestigungsbolzen über die Durchgangslöcher mit Muttern befestigt. Diese Anordnung des Glättungskondensators neben den Leistungsmodulen 2 verkürzt (minimiert) die Muster (Verdrahtungs)-Länge auf der Verdrahtungsplatte 26, wodurch die Induktivität (der Leistungsverlust) der Leistungshalbleitervorrichtung 1 verringert wird.
Wie in 8 veranschaulicht kann alternativ eine Plattenfeder 50 zwischen den gepaarten Leistungsmodulen 2 bereitgestellt sein zum Vorspannen der Leistungsmodule 2 nach außen, d.h. zu den Abstrahlrippen 16 hin. Wenn einer der zwischen den gepaarten Abstrahlrippen 16 eingespannten Leistungsmodule 2 dünner als die anderen ist, erleichtert die Plattenfeder 50 den engen Kontakt zwischen der Abstrahloberfläche des dünneren Leistungsmoduls 2 und der Abstrahlrippe zum Kühlen des dünneren Leistungsmoduls 2 auf effiziente Weise und genauso wie die anderen. In dem Fall, bei dem die gepaarten Leistungsmodule 2 miteinander verschraubt sind, können zusammenzuschraubende lokale Bereiche davon eine Verformung aufweisen, wodurch die Schrauben gelöst werden. Die Federplatte 50 zwischen den gepaarten Leistungsmodulen 2 verteilt jedoch die Befestigungskraft infolge der Schraube gleichmäßig über die Leistungsmodule 2 hinweg, wodurch eine Verringerung des Befestigungsdrucks durch Vermeidung der Harzverformung verhindert wird.
9 ist eine perspektivische Ansicht der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Leistungsmodul 2 der vierten Ausführungsform ist ähnlich zu demjenigen der ersten Ausführungs form, welche mit ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet ist, und deshalb wird keine doppelte Beschreibung dafür gemacht.
Das Leistungsmodul 2 der vierten Ausführungsform schließt die Formteiloberfläche 6 ein, die einen Vorsprung 12 und eine Aussparung 14 aufweist, die in Bezug auf eine vertikale mittlere Linie des Leistungsmoduls 2 symmetrisch angeordnet sind. Der Vorsprung 12 und die Aussparung 14 sind so dimensioniert und geformt, daß der Vorsprung 12 in die Aussparung 14 paßt, wenn die gepaarten Leistungsmodule 2 wie in 1 und 3 zusammengebaut sind. Dies erleichtert den Zusammenbau der Leistungshalbleitervorrichtung 1 ohne Fehlausrichtung der Leistungsmodule 2.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der Vorsprung und die Aussparung relativ zur vertikalen mittleren Linie des Leistungsmoduls 2 symmetrisch angeordnet, wodurch sie in Bezug auf jegliche mittlere Linien, die durch den Mittelpunkt der Formteiloberfläche laufen, wie etwa einer horizontalen mittleren Linie, symmetrisch positioniert sind.

Claims

Leistungshalbleitervorrichtung (1), mit: mindestens einem Paar Leistungsmodulen (2), wobei jedes der Leistungsmodule eine mit Formharz bedeckte Formteiloberfläche (6) und eine der Formteiloberfläche entgegengesetzte Abstrahloberfläche (4) einschließt; und einem Paar Abstrahlrippen (16), zwischen denen die Leistungsmodule (2) so gelegt sind, daß die Formteiloberflächen (6) der Leistungsmodule (2) einander kontaktieren und die Abstrahloberflächen (4) davon jeweils die Abstrahlrippen (16) kontaktieren.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Leistungsmodule (2) ein Paar Hauptterminals (8) und mindestens ein Steuerterminal (10) einschließt, und wobei jedes der Leistungsmodule (2) ferner erste und zweite, einander entgegengesetzte Seitenoberflächen aufweist; und wobei die Hauptterminals (8) der Leistungsmodule (2) von den ersten Seitenoberflächen vorstehen und das Steuerterminal (2) des Leistungsmoduls (2) von der zweiten Seitenoberfläche vorsteht.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Paar der Leistungsmodule (2) erste und zweite Leistungsmodule aufweist und das Paar Hauptterminals (6) Emitter- und Kollektor-Terminals aufweist; und wobei das Emitterterminal des ersten Leistungsmoduls dem Kollektorterminal des zweiten Leistungsmoduls gegenüberliegt und das Kollektorterminal des ersten Leistungsmoduls dem Emitterterminal des zweiten Leistungsmoduls gegenüberliegt.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, ferner mit: einem Glättungskondensator (30), der ein Paar Kondensatorterminals aufweist; und einer Verdrahtungsplatte (26) zum Montieren der Leistungsmodule (2) und des Glättungskondensators (30), wobei die Verdrahtungsplatte (26) ein Positivmuster (58) zur elektrischen Verbindung zwischen dem Emitterterminal des ersten Leistungsmoduls und einem der Kondensatorterminals sowie ein Negativmuster (56) zur elektrischen Verbindung zwischen dem Kollektorterminal des zweiten Leistungsmoduls und dem anderen der Kondensatorterminals einschließt, wobei die Positiv- und Negativmuster (58, 56) auf unteren und oberen Oberflächen der Verdrahtungsplatte so gebildet sind, daß sie einander entgegengesetzt sind.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 4, wobei das Paar der Leistungsmodule (2) erste und zweite Leistungsmodule aufweist und das Paar Hauptterminals Emitter- und Kollektorterminals aufweist; und wobei das Emitterterminal des ersten Leistungsmoduls dem Emitterterminal des zweiten Leistungsmoduls gegenüberliegt und das Kollektorterminal des ersten Leistungsmoduls dem Kollektorterminal des zweiten Leistungsmoduls gegenüberliegt.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 5, ferner mit einer Steuerplatte (28), die mit dem Steuerterminal elektrisch verbunden ist.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6, wobei jedes der Hauptterminals (8) der Leistungsmodule (2) einen gebogenen Abschnitt zum Montieren auf einer Verdrahtungsplatte (26) aufweist.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit einem Glättungskondensator (42), wobei die Formteiloberflächen (6) des Leistungsmoduls (2), anstelle eines Kontakts, einander zugewandt sind und der Glättungskondensator (42) zwischen den Formteiloberflächen (6) der Leistungsmodule (2) eingesetzt ist.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Paar der Abstrahlrippen (16) erste und zweite Abstrahlrippen einschließt, von denen jedes ein Paar von Kühlmittelkanälen (24) einschließt; wobei die einen der Kühlmittelkanäle der Abstrahlrippen über ein erstes Rohr (22a) in Fluidverbindung miteinander stehen und die anderen der Kühlmittelkanäle der Abstrahlrippen über ein zweites Rohr (22b) in Fluidverbindung miteinander stehen; und wobei die erste Abstrahlrippe einen Einlaß (18) und einen Auslaß (20) einschließt und die zweite Abstrahlrippe ein drittes Rohr (22c) einschließt zur Fluidverbindung zwischen einem der Kühlmittelkanäle und dem anderen der Kühlmittelkanäle davon; wobei Kühlmittel vom Einlaß (18) zum Auslaß (20) über die Kühlmittelkanäle (24) der Abstrahlrippen (16) und den ersten bis dritten Rohren (22a, 22b, 22c) zirkuliert.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner mit einer Feder (50), wobei die Formteiloberflächen (6) der Leistungsmodule (2), anstelle eines Kontakts, einander zugewandt sind und die Feder (50) zwischen den Formteiloberflächen (6) der Leistungsmodule (2) eingesetzt ist.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Paar der Leistungsmodule erste und zweite Leistungsmodule (2) aufweist, wobei jedes der ersten und zweiten Leistungsmodule (2) einen Vorsprung (12) und eine Aussparung (14) auf der Formteiloberfläche (6) einschließt; und wobei der Vorsprung (12) und die Aussparung (14) des ersten Leistungsmoduls jeweils in die Aussparung (12) und den Vorsprung (12) des zweiten Leistungsmoduls passen.
Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Vorsprung (12) und die Aussparung (14) in Bezug auf eine mittlere Linie, die durch den Mittelpunkt der Formteiloberfläche (6) läuft, symmetrisch angeordnet sind.