DE102008016960B4 - Leistungshalbleitervorrichtung mit einem darin befestigten Modul - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitervorrichtung (1), welche aufweist:eine Basisplatte (3) mit zu kühlenden Leistungshalbleiterelementen,die auf der Seite ihrer oberen Oberfläche befestigt sind;eine Verstärkungsplatte (30), die sich auf der Seite der oberen Oberfläche der Basisplatte (3) befindet;einen Kühlmantel (20), der an einer Seite der unteren Oberfläche der Basisplatte (3) mit mehreren festziehbaren Befestigungsmitteln (33),die durch die Verstärkungsplatte (30) und die Basisplatte (3) hindurchgehen, befestigt ist, wobei der Kühlmantel (20) einen Strömungsdurchgang für ein Kühlmittel hat, der gebildet ist zum Eintreten in eine Position mit Bezug auf die Basisplatte (3);ein erstes Pufferglied (34a, 35a), das zwischen der Verstärkungsplatte (30) und der Basisplatte (3) angeordnet ist; undein zweites Pufferglied (34b, 35b), das zwischen der Basisplatte (3) unddem Kühlmantel (20) angeordnet ist,wobei der Kühlmantel (20) und die Verstärkungsplatte (30) jeweils einen linearen Ausdehnungskoeffizienten haben, der größer als der der Basisplatte (3) ist, undwobei das erste Pufferglied (34a, 35a) und das zweite Pufferglied (34b, 35b) jeweils zumindest auf der Innenseite und der Außenseite mit Bezug auf die festziehbaren Befestigungsmittel (33) angeordnet sind.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Leistungshalbleitermodule, in denen isolierte Substrate, die mit aus Silizium (Si) oder Siliziumcarbid (SiC) bestehenden Leistungshalbleiterelementen versehen sind, wie IGBTen (bipolare Transistoren mit isoliertem Gate) und MOSFETen auf einer Basisplatte sind, die direkt durch ein Kühlmedium gekühlt wird, und die vorliegende Erfindung bezieht auch auf Leistungshalbleitervorrichtungen, in denen ein derartiges Modul befestigt ist.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Typischerweise verwenden Hybridfahrzeuge oder elektrische Fahrzeuge eine Umwandlungsvorrichtung für elektrische Leistung (nachfolgend „Wechselrichtervorrichtung“) zum Antreiben eines Antriebsmotors mit großer Kapazität. Ein Leistungshalbleitermodul, wie ein IGBT-Modul, wird als die Wechselrichtervorrichtung verwendet, um Gleichstrom in Drei-Phasen-Wechselstrom für den Antrieb des Antriebsmotors umzuwandeln sowie um Drei-Phasen-Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, um Energie wiederzugewinnen. Das Leistungshalbleitermodul treibt den Antriebsmotor an, während ein hoher Strom gesteuert wird, und erzeugt daher eine extrem große Wärmemenge. Andererseits muss das Leistungshalbleitermodul, das in Hybridfahrzeugen oder elektrischen Fahrzeugen zu montieren ist, kompakt sein. Demgemäß wird das Leistungshalbleitermodul im Allgemeinen gekühlt, unter Verwendung einer Wasserkühlstruktur mit hohem Kühlwirkungsgrad.
  • Die 1A und 1B illustrieren ein Beispiel für die sog. indirekte Kühlstruktur, die Wärme abstrahlt durch Befestigen eines Leistungshalbleitermoduls auf einer Befestigungsfläche eines Kühlmantels, in welchem ein Kühlmedium zirkuliert. Das Leistungshalbleitermodul 2 ist auf die Befestigungsfläche 20' des Kühlmantels 20 geschraubt, wie in 1A gezeigt ist. Silikonfett zum Herabsetzen des thermischen Widerstands ist auf die Kontaktfläche zwischen dem Leistungshalbleitermodul 2 und dem Kühlmantel 20 aufgebracht, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen. Das Kühlmittel wird von einer Einlassöffnung 21 eingeführt und aus einer Auslassöffnung 22 ausgegeben, nachdem es durch das Innere des Kühlmantels 20 hindurch gegangen ist. Zusätzlich sind integral ausgebildete Strahlungsrippen 5 in dem Kühlmantel 20 in Abständen von 1 bis 2 mm angeordnet, um das Strahlungsvermögen zu erhöhen.
  • 1B ist eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung 1, die durch Kombinieren des Leistungshalbleitermoduls 2 und des Kühlmantels 20 gebildet ist, gesehen aus der in 1A angezeigten Richtung B. Das Leistungshalbleitermodul 2 wird gebildet durch Löten von isolierten Substraten 9 mit den darauf befestigten Leistungshalbleiterelementen 8 an die obere Oberfläche einer Basisplatte 4, und weiterhin Anbringen eines Gehäuses 24 an der Basisplatte 4, derart, dass dieses die Leistungshalbleiterelemente 8 umgibt. Die isolierten Substrate 9 sind jeweils zusammengesetzt aus: Einer isolierenden Schicht 10 aus einem isolierenden Material, wie einer isolierenden Keramik (z.B. Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid), das zufrieden stellende thermische Leitfähigkeitseigenschaften und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten nahe dem von Silizium (Si) hat; und Metallschichten 11a und 11b, die fest auf beiden Oberflächen der isolierenden Schicht 10 vorgesehen sind und aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen bestehen. Die Leistungshalbleiterelemente 8 sind auf die oberen Metallschichten 11a gelötet. Zusätzlich ist die untere Metallschicht 11b auf die obere Oberfläche der Basisplatte 4 gelötet.
  • Die Dicke der Metallschichten 11a und 11b wird bestimmt, unter Berücksichtigung des durch Schaltungsmuster fließenden Stromes. Zusätzlich ist die Dicke der Basisplatte 4 typischerweise auf 3 bis 4 mm eingestellt, um ihre Funktion als eine thermische Diffusionsplatte zu erhöhen, wodurch die Wärmekapazität vergrößert wird. Weiterhin sind externe Anschlüsse 25 an dem Gehäuse 24 angebracht und mit den Leistungshalbleiterelementen 8 oder den oberen Metallschichten 11a über eine Aluminiumverdrahtung verbunden. Für den Fall, dass das Gehäuse 24 leitend ist, ist das Gehäuse 24 geeignet gegenüber den externen Anschlüssen 25 isoliert.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird in dem Fall der Leistungshalbleitervorrichtung 1 vom Typ mit indirekter Kühlung, die in den 1A und 1B gezeigt ist, Silikonfett auf die Kontaktfläche zwischen dem Leistungshalbleitermodul 2 und dem Kühlmantel 20 aufgebracht, um den thermischen Widerstand an der Kontaktfläche zwischen ihnen herabzusetzen. Jedoch ist die thermische Leitfähigkeit von typischerweise verwendetem Silikonfett etwa 1 W/m·K, was um zwei oder mehr Stellen niedriger im Vergleich zu der Basisplatte 4 und den isolierenden Substraten 9 ist, und daher kann von den Leistungshalbleiterelementen 8 erzeugte Wärme nicht ausreichend zu dem Kühlmantel 20 geleitet werden, was zu einem schlechten Strahlungsvermögen führt.
  • Daher hat beispielsweise die JP 2004 - 235 175 A eine in 2 gezeigte Leistungshalbleitervorrichtung 1 vorgeschlagen. Diese Leistungshalbleitervorrichtung 1 enthält eine mit Rippen versehen Basisplatte 3, die selbst integral mit den Strahlungsrippen 5 ausgebildet ist, so dass die untere Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 direkt durch ein Kühlmedium gekühlt wird, das in dem Kühlmantel 20 zirkuliert.
  • Auch in dem Fall der in 2 gezeigten Leistungshalbleitervorrichtung 1 bestehen die isolierenden Substrate 9 und die mit Rippen versehene Basisplatte 3 aus Materialien, die jeweils einen linearen Ausdehnungskoeffizienten haben, der nahe dem der Leistungshalbleiterelemente 8 ist, wodurch Risse in Lötmittelschichten 12 vermieden werden, die sich zwischen den Leistungshalbleiterelementen 8 und den isolierenden Substraten 9 sowie zwischen den isolierenden Substraten 9 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 befinden.
  • Beispielsweise hat Silizium (Si), das ein Bestandteil der Leistungshalbleiterelemente 8 ist, einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 3 ppm/°C, und daher werden Aluminium- oder Siliziumnitrid-Substrate mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 3 bis 5 ppm/°C als die isolierenden Substrate 9 verwendet. Auch wird unter Berücksichtigung einer einfachen Verarbeitung eine Al-SiC(Aluminium-Siliziumcarbid)-Verbundplatte mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 3 bis 8 ppm/°C als die mit Rippen versehene Basisplatte 3 verwendet. Die aus der Al-SiC-Verbundplatte gebildete, mit Rippen versehene Basisplatte 3 ermöglicht die Verhinderung von Rissen in den Lötmittelschichten 12, und weiterhin können die Strahlungsrippen 5, die eine komplizierte Form aufweisen, einfach durch Metallformen gebildet werden.
  • In der Druckschrift US 6 166 937 A wird ein Wechselrichter beschrieben, bei dem IGBT-Module, Stromschienen und Kondensatoren in einem Wechselrichter-Hauptstromkreis an der Vorderseite eines Kühlkörpers befestigt sind. An der Rückseite des Kühlkörpers ist ein Wasserkühlkanal zur Kühlung der IGBT-Module ausgebildet. Die Stromschienen und der Kondensator und damit die Größe einer Wechselrichtervorrichtung, die in einem Elektroauto verwendet wird, werden reduziert und ihre Lebensdauer wird verlängert.
  • In der Druckschrift US 2003/0090915 A1 wird eine Wechselrichtervorrichtung beschrieben, in der ein Dreiphasen-Wechselrichter-Hauptschaltkreis mit einer Vielzahl von Armen eine Vielzahl von Halbleiterchips für elektrische Leistung umfasst. Ein Arm des Dreiphasen-Wechselrichter-Hauptschaltkreises enthält IGBTs und Dioden von Halbleiterchips mit einer Größe von 10 mm × 10 mm oder weniger, wobei die Halbleiterchips parallel geschaltet sind, während die IGBTs und die Dioden an einen Leiter mit einer Dicke von 1,5 mm oder mehr und 5 mm oder weniger geklebt sind, und der Leiter durch eine isolierende Harzschicht, die Keramik enthält, an einen Kühler geklebt ist.
  • In der Druckschrift DE 10 2005 008 271 A1 wird eine Mikro-Wärmeübertragungseinrichtung beschrieben, die eine Mikrostruktur aufweist, die aus Kanälen besteht, die in mindestens ein plattenförmiges Matrixelement eingepasst sind, das von mindestens einem Wärmeträgermedium durchströmt wird. Die Kanäle sind zur Oberseite und/oder zur Unterseite hin geöffnet. Zu den Seitenflächen sind sie geschlossen.
  • In der Druckschrift US 2003/0173839 A1 wird eine rotierende elektrische Maschine beschrieben, die einen Rotor zur Rotation um eine Drehachse, einen Statorkern, der eine zylindrische Form hat und einen Schlitz darin aufweist, eine Kühleinheit mit einem Kühlmittelkanal und ein Gehäuse umfasst, das den Rotor und den Statorkern aufnimmt. Eine Statorspule ist in den Schlitz des Statorkerns eingesetzt und hat ein Spulenende, das aus einer Seitenfläche des Statorkerns herausragt. Ein elektrisches Teil ist an der Kühleinheit montiert und steuert einen Strom des Statorkerns. Der Rotor ist drehbar im Inneren des Statorkerns gelagert. Die Kühleinheit kühlt sowohl den Statorkern als auch das elektrische Teil. Der Kühlteil ist in einem Abstand untergebracht, der durch die Seitenfläche des Statorkerns und eine äußere Umfangswand des Spulenendes definiert ist.
  • In der Druckschrift JP H05-343 576 A wird ein Wärmeübertragungskühler beschrieben. Die Rippen sind in dem Hohlraum der Kühlvorrichtung parallel zur Diagonalrichtung der Kühlvorrichtung angeordnet, und der Rippenspalt ist mit einem kleinen Rippenspalt und einem großen Rippenspalt versehen. Ferner sind zwischen dem Fluideinlassabschnitt und dem Rippenendabschnitt und zwischen dem Fluidauslassabschnitt und dem Rippenendabschnitt, Führungskanäle vorgesehen. Durch den Ausgleich der Temperaturverteilung auf der Wärmeübertragungsfläche kann die Leistung der elektronischen Schaltung stabilisiert werden. Außerdem kann durch die Verringerung des Druckverlustes in der Kühlvorrichtung eine große Menge an Flüssigkeit fließen und die Kühlleistung verbessert werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Jedoch hat die herkömmliche, in 2 gezeigte Leistungshalbleitervorrichtung 1 die drei nachfolgend beschriebenen Probleme.
  • [Erstes Problem] Gleichförmiges Löten
  • Bevor das erste Problem „gleichförmiges Löten“ beschrieben wird, werden zuerst die Schritte des Lötens zwischen den Leistungshalbleiterelementen 8 und den isolierten Substraten 9 sowie zwischen den isolierten Substraten 9 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 beschrieben.
  • In dem Fall der in 2 gezeigten Leistungshalbleitervorrichtung 1 bestehen große gelötete Bereiche zwischen den Leistungshalbleiterelementen 8 und den isolierenden Substraten 9 sowie zwischen den isolierenden Substraten 9 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3, und daher können, wenn die Schritte des Lötens in Luft durchgeführt werden, Lufträume (nachfolgend „Poren“) in den geschmolzenen Lötmittelschichten 12 durch Luftblasen erzeugt werden. Wenn Poren erzeugt werden, kann von den Leistungshalbleiterelementen 8 erzeugte Wärme nicht effizient zu der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 geleitet werden, so dass die Wärme von den Leistungshalbleiterelementen 8 nicht ausreichend abgestrahlt werden kann, wodurch Probleme, wie Beschränkungen in dem Bereich des Betriebsstroms bewirkt werden. Daher werden die Schritte des Lötens unter Verwendung eines Vakuumschmelzofens durchgeführt, der in der Lage ist, Lötmittel in einer Atmosphäre mit verringertem Druck zu schmelzen.
  • 3 illustriert, wie die Schritte des Lötens zwischen den Leistungshalbleiterelementen 8 und den isolierenden Substraten 9 sowie zwischen den isolierenden Substraten 9 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 in dem Vakuumschmelzofen durchgeführt werden. Lötmittelfolien 12 von etwa derselben Größe wie ihre jeweiligen Leistungshalbleiterelemente 8 werden zwischen den Leistungshalbleiterelementen und den isolierenden Substraten 9 angeordnet. Zusätzlich werden Lötmittelfolien 12 von etwa derselben Größe wie die isolierenden Substrate 9 zwischen den isolierenden Substraten 9 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 angeordnet. Anstelle des Anordnens der Lötmittelfolien 12 in dieser Weise kann eine Lötmittelpaste aufgebracht werden. Die mit Rippen versehene Basisplatte 3 mit den Leistungshalbleiterelementen 8 und den isolierenden Substraten 9, die darauf angeordnet sind, wird auf einer flachen Wärmetauscherplatte 40 angeordnet. Der Vakuumschmelzofen hat Wärmequellen (eine untere Heizvorrichtung 41 und eine obere Heizvorrichtung 42), die jeweils innerhalb der Wärmetauscherplatte 40 und auf der Decke des Vakuumschmelzofens angeordnet sind.
  • In den Schritten des Lötens wird zuerst die Luft in dem Vakuumschmelzofen durch N2 ersetzt und die Temperatur wird auf einen Punkt unmittelbar unterhalb des Schmelzpunktes des Lötmittels angehoben. Dann gleichen sich, indem dieser Zustand während einer vorbestimmten Zeitperiode beibehalten wird, die inneren Temperaturen der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und der isolierenden Substrate 9 aus, und die Lötmittelfolien 12 erweichen. Als nächstes wird N2 aus dem Vakuumschmelzofen herausgeführt, um den Grad des Unterdrucks auf mehrere kPa zu verringern, und danach wird der Vakuumschmelzofen während einer vorbestimmten Zeitperiode auf einer Temperatur gehalten, die höher als der Schmelzpunkt des Lötmittels ist, wodurch das Lötmittel schmilzt. Durch die Druckverringerung zu der Zeit des Schmelzens des Lötmittels wird beabsichtigt, in den Lötmittelfolien 12 erzeugte Luftblasen auszutreiben, wodurch die Erzeugung von Poren verhindert wird.
  • Die obere Heizvorrichtung 42 und/oder die untere Heizvorrichtung 41 wird/werden zum Erwärmen des Inneren des Vakuumschmelzofens verwendet, aber körperliche Wärmeleitung von der unteren Heizvorrichtung 41 spielt eine vorherrschende Rolle während der Druckverringerung, und Strahlungswärmeleitung von der oberen Heizvorrichtung 42 stellt nur einen hilfsweisen Beitrag dar. Demgemäß beruht in dem Fall des in 2 gezeigten Leistungshalbleitermoduls 2 eine gleichförmige Lötung zwischen den Leistungshalbleiterelementen 8 und den isolierenden Substraten 9 sowie zwischen den isolierenden Substraten 9 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 in großem Maße auf der Stabilität des Kontakts zwischen den Spitzen der Strahlungsrippen 5 und der Wärmetauscherplatte 40.
  • Typischerweise wird die durch eine Al-SiC-Verbundplatte gebildete, mit Rippen versehene Basisplatte 3 durch Rohverarbeitung oder Metallformung geformt. Jedoch bewirkt jedes Formungsverfahren leichte Veränderungen der Form (insbesondere der Vorsprunglänge) zwischen den Strahlungsrippen 5, wodurch es schwierig ist, allen Strahlungsrippen 5 einen gleichförmigen Kontakt mit der Wärmetauscherplatte 40 zu ermöglichen. Daher wird die thermische Leitung von der Wärmetauscherplatte 40 zu der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und zu den isolierenden Substraten 9 ungleichförmig gestaltet, was zu Poren aufgrund eines ungleichförmigen Schmelzens der Lötmittelfolien 12 führt.
  • [Zweites Problem] Gleichförmiges Kühlen der Leistungshalbleiterelemente
  • Als nächstes wird das zweite Problem „gleichförmiges Kühlen der Leistungshalbleiterelemente“ mit Bezug auf eine Draufsicht (4A) auf die in 2 gezeigte Leistungshalbleitervorrichtung und eine Querschnittsansicht (4B), gesehen aus der Richtung senkrecht zu 2, beschrieben. Es ist zu beachten, dass die auf den isolierenden Substraten 9 befestigten Leistungshalbleiterelemente in 4A weggelassen sind.
  • In dem Fall der in den 4A und 4B gezeigten Leistungshalbleitervorrichtung 1 fließt das Kühlmedium von der Einlassöffnung 21 durch den Strömungsdurchgang, der durch zwei Chassis-Teile 27a und 27b, die über eine flüssige Dichtung angebracht sind, gebildet ist, zu der Auslassöffnung 22. Die mit Rippen versehene Basisplatte 3 ist an ihrem Umfang an ein Chassis 26 geschraubt, nachdem die Strahlungsrippen 5 in die Öffnung des Chassis 26 eingesetzt wurden. Der Strömungsdurchgang für das Kühlmedium ist durch ein Dichtmaterial 28 (O-Ring), das zwischen der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und dem Chassis-Teil 27a eingeklemmt ist, flüssigkeitsdicht versiegelt.
  • Die Strömungsmengen des Kühlmediums in der Leistungshalbleitervorrichtung 1 sind wie durch Pfeile in 4A angezeigt. Insbesondere ist der Abstand des Strömungsdurchgangs zwischen der Einlassöffnung 21 und der Auslassöffnung 22 in dem inneren Bereich (von dem linken Ende der Einlassöffnung 21 zu dem rechten Ende der Auslassöffnung 22) kurz, während er in dem äußeren Bereich (von dem rechten Ende der Einlassöffnung 21 zu dem linken Ende der Auslassöffnung 22) lang ist. Zusätzlich hängt die Strömungsmenge des Kühlmediums von dem Abstand des Strömungsdurchgangs ab, und die Kühlkapazität hängt von der Strömungsmenge ab. Demgemäß variiert der Grad der Kühlung durch das Kühlmedium unter den Leistungshalbleiterelementen (nicht gezeigt) auf den isolierenden Substraten 9 in Abhängigkeit von ihren Befestigungsorten. Als eine Folge steigt die Temperatur eines Leistungshalbleiterelementes, das nicht ausreichend gekühlt wird, bemerkenswert an, was zu Problemen, wie Beschränkungen in dem Bereich des Betriebsstroms führt.
  • [Drittes Problem] Verhinderung von Rissen in der mit Rippen versehenen Basisplatte
  • Als nächstes wird das dritte Problem „Verhinderung von Rissen in der mit Rippen versehenen Basisplatte“ beschrieben. Wie vorstehend beschrieben ist, hat die mit Rippen versehene Basisplatte 3, die durch eine Al-SiC-Verbundplatte gebildet ist, Vorteile beispielsweise dahingehend, dass die Differenz gegenüber den isolierenden Substraten 9 in Bezug auf den linearen Ausdehnungskoeffizienten klein ist, und sie hat eine überlegene Verarbeitbarkeit. Jedoch hat die Al-SiC-Verbundplatte einen Nachteil dahingehend, dass ihre Bruchfestigkeit niedrig ist, aufgrund von Eigenschaften (d.h. große Härte und niedrige Viskosität) ihrer Hauptkomponente, Siliziumcarbid. Daher können in dem Fall der herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung 1 mit der mit Rippen versehenen Basisplatte 3, die durch die Al-SiC-Verbundplatte gebildet ist, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt/fällt, wobei die mit Rippen versehene Basisplatte 3 an den Kühlmantel 20 geschraubt ist, Risse in der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 aufgrund von auf die verschraubten Bereiche ausgeübter Beanspruchung auftreten.
  • Dies ist genauer mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines verschraubten Bereichs, in welchem die in 2 gezeigte, mit Rippen versehene Basisplatte 3 und das Gehäuse 24 (in 2 weggelassen), das sich auf der Seite ihrer oberen Oberfläche befindet, mit einem Bolzen 33 an dem Kühlmantel 20 befestigt sind. In 5 ist der O-Ring 28, der als ein Dichtmaterial verwendet wird, in eine Nut eingepasst, die in dem aus Aluminium bestehenden Kühlmantel 20 ausgebildet ist, und die mit Rippen versehene Basisplatte 3, die durch die Al-SiC-Verbundplatte gebildet ist, und das Gehäuse 24 sind außerhalb des O-Rings 28 an den Kühlmantel 20 geschraubt. Eine Druckkraft P, die durch das Verschrauben bewirkt wird, drückt die mit Rippen versehene Basisplatte 3 gegen den Kühlmantel 20, wobei die mit Rippen versehene Basisplatte 3 den O-Ring 28 zusammendrückt. Daher besteht ein kleiner Spalt zwischen der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und dem Kühlmantel 20 auf der Innenseite mit Bezug auf den Bolzen 33, während die mit Rippen versehene Basisplatte 3 auf der Außenseite mit Bezug auf den Bolzen 33, auf der kein O-Ring 28 vorhanden ist, in engen Kontakt mit dem Kühlmantel 20 versetzt ist.
  • Der Kühlmantel 20 aus Aluminium (etwa 24 ppm/°C) dehnt sich/zieht sich zusammen stärker als die mit Rippen versehene Basisplatte 3 mit einem kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten (3 bis 8 ppm/°C). Wenn demgemäß die in 5 gezeigte Leistungshalbleitervorrichtung 1 einer Temperaturzyklusprüfung in dem Bereich von -40 bis +85 °C unterzogen wird, wobei die Umgebung eines Fahrzeugs, in welchem sie installiert ist, angenommen wird, dehnt sich ein Bereich des Kühlmantels 20, der sich auf der Außenseite mit Bezug auf den Bolzen 33 befindet, bei hoher Temperatur nach außen. Dann wird eine Reibungskraft W entsprechend der Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kühlmantel 20 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 an der Zwischenfläche zwischen dem sich ausdehnenden Bereich des Kühlmantels 20 und dem Bereich der mit Rippen versehenen Basisplatte 3, der in direktem Kontakt mit dem sich ausdehnenden Bereich ist, erzeugt. Die Reibungskraft W bewirkt eine Zugkraft E, die die mit Rippen versehene Basisplatte 3 mit Bezug auf den verschraubten Bereich nach außen zieht. Wenn dann die Zugkraft E die Bruchfestigkeit der Al-SiC-Verbundplatte überschreitet, wird ein Riss 43 erzeugt, der sich etwa von der Mitte des verschraubten Bereichs auf der Seite der oberen Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 zu der Seite der unteren Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 erstreckt. Wenn der Riss 43 aufgetreten ist, wird die durch den O-Ring 28 bewirkte Flüssigkeitsdichte verschlechtert, so dass das zwischen den Strahlungsrippen 5 strömende Kühlmedium austreten kann.
  • Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, eine Leistungshalbleitervorrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, das dritte Problem zu lösen, d.h. Verhinderung der Rissbildung in der Basisplatte und Sicherstellung der Flüssigkeitsdichtheit des Strömungsdurchgangs für das Kühlmedium, selbst wenn die Basisplatte beispielsweise aus einem Material mit einer niedrigen Bruchfestigkeit gebildet ist, wie eine Al-SiC-Verbundplatte.
  • Um die vorgenannten Probleme zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Leistungshalbleitervorrichtung vor, welche aufweist: Eine Basisplatte mit zu kühlenden Leistungshalbleiterelementen, die auf der Seite ihrer oberen Oberfläche befestigt sind; eine Verstärkungsplatte, die sich auf der Seite der oberen Oberfläche der Basisplatte befindet; einen Kühlmantel, der an einer Seite der unteren Oberfläche der Basisplatte mit mehreren festziehbaren Befestigungsmitteln, die durch die Verstärkungsplatte und die Basisplatte hindurchgehen, befestigt ist, wobei der Kühlmantel einen Strömungsdurchgang für ein Kühlmedium hat, der ausgebildet ist zum Eintreten in eine Position mit Bezug auf die Basisplatte; ein erstes Pufferglied, das sich zwischen der Verstärkungsplatte und der Basisplatte befindet; und ein zweites Pufferglied, das sich zwischen der Basisplatte und dem Kühlmantel befindet, wobei der Kühlmantel und die Verstärkungsplatte jeweils einen linearen Ausdehnungskoeffizienten haben, der größer als der der Basisplatte ist, und wobei das erste Pufferglied und das zweite Pufferglied jeweils zumindest auf der Innenseite und der Außenseite mit Bezug auf die festziehbaren Befestigungsmittel angeordnet sind.
  • Figurenliste
    • 1A ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung vom Typ mit indirekter Kühlung.
    • 1B ist eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung vom Typ mit indirekter Kühlung.
    • 2 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht einer herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung vom Typ mit direkter Kühlung.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die den Lötschritt für ein herkömmliches Leistungshalbleitermodul vom Typ mit direkter Kühlung illustriert.
    • 4A ist eine Draufsicht, die die Strömung eines Kühlmediums in der herkömmlichen Halbleitervorrichtung vom Typ mit direkter Kühlung illustriert.
    • 4B ist eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung vom Typ mit direkter Kühlung, gesehen aus der Richtung senkrecht zu 2.
    • 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines verschraubten Bereichs der herkömmlichen Leistungshalbleitervorrichtung vom Typ mit direkter Kühlung.
    • 6A ist eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einem ersten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung, gesehen von der Seite der oberen Oberfläche.
    • 6B ist eine perspektivische Ansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß dem ersten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung, gesehen von der Seite der unteren Oberfläche.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die den Lötschritt für das Leistungshalbleitermodul gemäß dem ersten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung illustriert.
    • 8A ist eine Querschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung .
    • 8B ist eine Draufsicht, die die Strömung eines Kühlmediums in der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung illustriert.
    • 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung, enthaltend eine Auslassöffnung und ihre Peripherie.
    • 10 ist eine Draufsicht auf eine mit Rippen versehene Basisplatte bei einem zweiten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung.
    • 11 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem dritten Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung.
    • 12A ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 12B ist eine perspektivische Ansicht einer mit Rippen versehenen Basisplatte der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, gesehen von der Seite der unteren Oberfläche.
    • 13A ist eine Gesamtquerschnittsansicht der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
    • 13B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines verschraubten Bereichs der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
    • 14 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 15 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 16 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 17 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 18 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 19 ist eine Querschnittsansicht, die einen montierten Zustand von Leistungshalbleiterelementen, die bei den Leistungshalbleitermodulen und den Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß den Ausführungsbeispielen anwendbar sind, illustriert.
    • 20 ist eine Gesamtquerschnittsansicht einer Leistungshalbleitervorrichtung, die mit einer mit Rippen versehenen Basisplatte mit einer peripheren Wand versehen ist, anstelle der mit Rippen versehenen Basisplatte der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • [Erstes Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung]
  • Die 6A und 6B sind jeweils eine perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitermoduls 2 der 600V/600A-Klasse vom Typ mit direkter Kühlung, gesehen von der Seite der oberen Oberfläche, und eine perspektivische Ansicht hiervon, gesehen von der Seite der unteren Oberfläche. In 6A hat die mit Rippen versehene Basisplatte 3 drei isolierende Substrate 9, die sich auf der oberen Oberfläche befinden. Bei dem vorliegenden Beispiel bestehen die isolierenden Substrate 9 jeweils aus Aluminiumnitrid, und sie sind alle in derselben Weise ausgebildet. Die isolierenden Substrate 9 bilden obere und untere Arme eines Wechselrichters der Phase U, einer Wechselrichters der Phase V bzw. eines Wechselrichters der Phase W.
  • Bei dem vorliegenden Beispiel hat die mit Rippen versehene Basisplatte 3 eine Größe von 10 cm × 21 cm. Zusätzlich ist die mit Rippen versehene Basisplatte 3 11 mm dick, einschließlich der ebenen Basisplatte 4, die sich auf der Seite der oberen Oberfläche befindet, welche 3 mm dick ist. Das Material der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 ist ein Al-SiC-Verbundmaterial, und jede Oberfläche von dieser ist mit Ni plattiert. Die mit Rippen versehene Basisplatte 3 ist hergestellt durch Imprägnieren eines geformten Produkts mit Al, wobei das geformte Produkt erhalten ist durch Mischen eines geeigneten Binders mit einem Bestandteil, der hauptsächlich aus Siliziumcarbid besteht, und nachfolgendes Sintern der Mischung, um ihre Härte zu erhöhen. Das Al-SiC-Verbundmaterial ist geeignet für metallisches Formen in eine komplizierte Form und erfordert keinen schwierigen Prozess wie eine Schneidarbeit, um die Strahlungsrippen 5 zu bilden.
  • Auch haben bei dem vorliegenden Beispiel die isolierenden Substrate 9 jeweils eine Größe von 4,7 cm × 6,0 cm, und sie werden erhalten durch Verbinden von vier IGBT-Elementen, die jeweils eine Chipgröße von 10 mm × 16 mm haben, und vier FWD-Elementen, die jeweils eine Chipgröße von 7 mm × 10 mm haben, wobei ein bleifreies Lötmittel mit einem Schmelzpunkt von 240° C oder höher verwendet wird. Das Lötmittel ist etwa 0,1 mm dick. Der Spannungs-/ Strom-Nennwert jedes Elements beträgt 600 V / 300 A, und zwei Elemente sind parallel geschaltet, um ein Modul mit einem Nennwert von 600 V / 600 A zu bilden.
  • Die isolierenden Substrate 9 und die mit Rippen versehene Basisplatte 3 sind unter Verwendung eines bleifreien Lötmittels mit einem Schmelzpunkt von etwa 200° C verbunden. Das Lötmittel ist etwa 0,1 mm dick. Es ist zu beachten, dass aus Gründen der Vereinfachung das die Seite der oberen Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 umgebende Gehäuse und die Aluminiumverbindungsverdrahtung (siehe 1B) in 6A weggelassen sind.
  • Die Strahlungsrippen 5, die integral mit der unteren Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 ausgebildet sind, befinden sich parallel zu der Längsrichtung der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 (der Strömungsrichtung des Kühlmediums), wie in 6B gezeigt ist. Bei dem vorliegenden Beispiel sind siebzehn Strahlungsrippen gebildet, jede mit einer Vorsprunglänge von 8 mm und einer Breite von 1,5 mm. Zusätzlich haben die Strahlungsrippen 5 einen Teilungsabstand von 3 mm (d. h. der Abstand von Mitte zu Mitte von jeweils zwei benachbarten Strahlungsrippen 5 beträgt 3 mm), und diskrete Strömungsdurchgangsbereiche zwischen den Strahlungsrippen 5 sind 1,5 mm breit (siehe 7). Es ist zu beachten, dass die Vorsprunglängen der Strahlungsrippen 5 und eine später zu beschreibende periphere Wand 6 hier auf der Grundlage der unteren Oberfläche der ebenen Basisplatte 4 definiert sind.
  • Die Vorsprunglänge der die Strahlungsrippen 5 umgebenden peripheren Wand 6 ist gleich der oder geringfügig länger als die Vorsprunglänge der Strahlungsrippen 5 (siehe 7). Zusätzlich hat die periphere Wand 6 Endflächen 7, die in derselben Ebene parallel zu der unteren Oberfläche der Basisplatte 4 vorhanden sind, und sie wird in Kontakt mit der Wärmetauscherplatte 40 auf den Endflächen gebracht. Die in 6B gezeigte periphere Wand 6 ist in der Längsrichtung 20 mm breit und in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung 15 mm. Zusätzlich ist die periphere Wand 6 geeignet mit Durchgangslöchern 31 versehen, die zum Verschrauben des Leistungshalbleitermoduls 2 mit dem Kühlmantel verwendet werden.
  • Die 8A und 8B illustrieren die Leistungshalbleitervorrichtung 1, in der das in den 6A und 6B gezeigte Leistungshalbleitermodul 2 über ein Dichtmaterial 28 mit dem Kühlmantel 20 integriert ist. In der Leistungshalbleitervorrichtung 1 wird das Kühlmedium von der Einlassöffnung 21 in den die Strahlungsrippen 5 aufnehmenden Strömungsdurchgang eingeführt und aus der Auslassöffnung 22 nach dem Strömen zwischen den Strahlungsrippen herausgeführt. Bei dem vorliegenden Beispiel haben die Einlassöffnung 21 und die Auslassöffnung 22 jeweils einen inneren Durchmesser von 15 mm.
  • Es ist zu beachten, dass das bei dem vorliegenden Beispiel verwendete Kühlmedium hauptsächlich aus 50 Vol.-% Ethylenglykol-Langdauerkühlmittel (LLC) zusammengesetzt ist. Zusätzlich ist das Dichtmaterial 28 ein O-Ring oder eine Metalldichtung, die aus einem elastischen Material gebildet ist, das hauptsächlich aus Harz auf Ethylenpropylen- oder Silikonbasis zusammengesetzt ist.
  • Der Kühlmantel 20 enthält einen Einlasshohlraum 21' und einen Auslasshohlraum 22', die jeweils unmittelbar über der Einlassöffnung 21 und der Auslassöffnung 22 vorgesehen sind, wie in den 8A und 8B gezeigt ist. Zusätzlich befinden sich die Einlassöffnung 21 und die Auslassöffnung 22 unmittelbar unter dem Einlasshohlraum 21' bzw. dem Auslasshohlraum 22' an diagonal gegenüberliegenden Ecken eines den Strömungsdurchgang für das Kühlmedium bildenden Raums, wie in 8B gezeigt ist. Insbesondere wird bei dem vorliegenden Beispiel das von der Einlassöffnung 21 eingeführte Kühlmedium zu allen Strahlungsrippen in dem Einlasshohlraum 21' verteilt und dann in dem Auslasshohlraum 22' gesammelt, um aus der Auslassöffnung 22 ausgegeben zu werden.
  • Zusätzlich wird durch Anordnen der Einlassöffnung 21 und der Auslassöffnung 22 an den diagonal gegenüberliegenden Ecken der Abstand des Strömungsdurchgangs von der Einlassöffnung 21 zu der Auslassöffnung 22 zwischen den Strahlungsrippen 5 gleich gemacht, wie in 8B gezeigt ist. Demgemäß wird in dem Fall der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel die Strömungsverteilung des zwischen den Strahlungsrippen 5 strömenden Kühlmediums gleichförmig gemacht, und daher kann eine stabile Kühlkapazität erzielt werden ohne jegliche Veränderungen des Kühlgrads zwischen den Leistungshalbleiterelementen in Abhängigkeit von ihrem Befestigungsort.
  • Weiterhin ist in der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel ein um 30° zu den Strahlungsrippen mit Bezug auf die vertikale Richtung geneigter Konus 6a an einer der inneren Wandflächen der die Strahlungsrippen 5 umgebenden peripheren Wand 6 gebildet, wobei die Oberfläche senkrecht zu der Strömungsrichtung des zwischen den Strahlungsrippen 5 strömenden Kühlmediums ist, wie in 9 gezeigt ist. Ein ähnlicher Konus ist auch auf der Einlassseite ausgebildet. Somit ist es möglich, jeglichen Druckverlust aufgrund der Strömungsrichtung des Kühlmediums, die von der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung oder umgekehrt wechselt, herabzusetzen, wodurch es möglich ist, ein glattes Strömen des Kühlmediums zu erreichen. Es ist zu beachten, dass die vorgenannte Wirkung augenscheinlicher wird, wenn der Konuswinkel 9 vergrößert wird, aber der Konuswinkel 9 wird vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 15 bis 45° eingestellt, um nicht die Oberfläche der Strahlungsrippen 5 zu verkleinern, was zu einer Verringerung der Kühlkapazität führt.
  • 7 illustriert den Lötschritt des Leistungshalbleitermoduls 2 in dem Vakuumschmelzofen gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie vorstehend mit Bezug auf 3 beschrieben ist, wird Lötfolie oder -paste zum Löten zwischen den Leistungshalbleiterelementen 8 (den IGBT-Elementen oder FWD-Elementen) und den isolierenden Substraten 9 sowie zwischen den isolierenden Substraten 9 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 verwendet. Zusätzlich enthält der Vakuumschmelzofen die untere Heizvorrichtung 41 und die obere Heizvorrichtung 42, die jeweils als Wärmequellen innerhalb der Wärmetauscherplatte 40 und an der Decke des Vakuumschmelzofens vorgesehen sind.
  • Bei dem vorliegenden Beispiel ist die Vorsprunglänge der Strahlungsrippen 5 zu der Basisplatte 4 hin etwa 0,2 bis 1,0 mm kürzer als die der peripheren Wand 6 eingestellt, wie in einer teilweise vergrößerten Ansicht in 7 gezeigt ist, und daher werden, selbst wenn die mit Rippen versehene Basisplatte 3 auf der Wärmetauscherplatte 40 angeordnet wird, die Spitzen der Strahlungsrippen 5 nicht in direkten Kontakt mit der Wärmetauscherplatte 40 gebracht. Zusätzlich sind unter Berücksichtigung der Flüssigkeitsdichte für das Kühlmedium nach der Integration mit dem Kühlmantel die Endflächen 7 der peripheren Wand, die mit der Wärmetauscherplatte 40 in Kontakt zu bringen sind, auf eine Oberflächenrauhigkeit Ra von 1 um oder weniger poliert, wodurch sichergestellt ist, dass die Endflächen 7 der peripheren Wand in ausreichenden Kontakt mit der Wärmetauscherplatte 40 gebracht sind. Zusätzlich sind, selbst wenn die Oberflächenrauhigkeit der Endfläche 6 der peripheren Wand 2 µm oder weniger beträgt, der Kontaktzustand mit der Wärmetauscherplatte 40 während des Lötschritts und die Flüssigkeitsdichtigkeit des Strömungsdurchgangs für das Kühlmedium nach der Integration der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 mit dem Kühlmantel über die Dichtmaterialien 28 nicht beeinträchtigt.
  • Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel ist der Kontaktbereich den Endflächen 7 der peripheren Wand und der Wärmetauscherplatte 40 groß, und das Lötmittel wird mit gleichförmiger thermischer Leitung geschmolzen, so dass das erste Problem gelöst werden kann. Auch befinden sich bei der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel die Einlassöffnung 21 und die Auslassöffnung 22 an den diagonal gegenüberliegenden Ecken des Kühlmantels 20, und daher strömt das Kühlmedium gleichförmig, so dass das zweite Problem gelöst werden kann.
  • [Zweites Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung]
  • Die Strahlungsrippen 5 können mit einer anderen Gestalt ausgebildet sein. Beispielsweise enthält die mit Rippen versehene Basisplatte 3 gemäß einem in 10 gezeigten zweiten Beispiel wellige Strahlungsrippen 5 mit einem großen Kontaktbereich mit dem Kühlmedium und einem hohen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten. Die welligen Strahlungsrippen 5 befinden sich entlang der Strömungsrichtung des Kühlmediums. Zusätzlich sind die welligen Strahlungsrippen 5 so angeordnet, dass sie unmittelbar unter den Leistungshalbleiterelementen konvergieren, und daher ist es möglich, Wärme effizient abzustrahlen, während der Druckverlust der Kühlmediumströmung so weit wie möglich minimiert wird. Es ist zu beachten, dass die Strahlungsrippen 5 in der Form von Stiftrippenanordnungen mit einem thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten und einem überlegenen Strahlungsvermögen vorgesehen sein können.
  • [Drittes Beispiel zur Erläuterung eines Teilaspekts der Erfindung]
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einem in 11 gezeigten dritten Beispiel kann mit einem Antriebsmotor für hybride oder elektrische Fahrzeuge durch Anwendung einer ebenen, ringartigen, mit Rippen versehenen Basisplatte 3 integriert sein. Mehrere Strahlungsrippen 51 sind konzentrisch um die Mittenachse des Rings angeordnet, wie in 11 gezeigt ist. Bei der in 11 gezeigten Konfiguration kann die Endwand eines Gehäuses 23 für den Antriebsmotor, die die Einlassöffnung 21 und die Auslassöffnung 22 enthält, anstelle des Kühlmantels 20 verwendet werden, um den Strömungsdurchgang für das Kühlmedium zu bilden, wodurch es möglich wird, eine Verringerung der Größe und des Gewichts sowie eine Herabsetzung der Kosten zu erzielen. Zusätzlich kann eine Wechselrichtervorrichtung nahe des von der Wechselrichtervorrichtung zu betreibenden Antriebsmotors angeordnet werden, so dass die Schaltungsverbindungsverdrahtung verkürzt werden kann, wodurch der Leistungsverlust über die Verdrahtung reduziert wird.
  • Weiterhin hat die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Beispiel einen hohlen Bereich, der als ein Bereich verwendet werden kann, durch den eine Motorwelle hindurchgeht oder in welchem die Verdrahtung zum Zuführen von Leistung zu dem Antriebsmotor untergebracht ist.
  • Als Nächstes werden Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben, die in der Lage sind, das dritte Problem zu lösen.
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • Die 12A und 12B illustrieren die Leistungshalbleitervorrichtung der 600V/600A-Klasse vom Typ mit direkter Kühlung nach dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus der mit Rippen versehenen Basisplatte 3, dem Kühlmantel 20 und einer Verstärkungsplatte 30, die zusammen mit der mit Rippen versehenen Basisplatte mit dem Kühlmantel 20 verschraubt ist. Drei isolierende Substrate 9 sind auf die obere Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 gelötet, und weiterhin sind mehrere Leistungshalbleiterelemente auf der oberen Oberfläche jedes isolierenden Substrats 9 befestigt. Die isolierenden Substrate 9 sind von demselben Aluminiumnitridtyp, und sie bilden obere und untere Arme eines Wechselrichters der Phase U, eines Wechselrichters der Phase V bzw. eines Wechselrichters der Phase W. Es ist zu beachten, dass aus Gründen der Vereinfachung das die Seite der oberen Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 umgebende Gehäuse und die Aluminiumverdrahtung (siehe 1B) in 12A weggelassen sind.
  • Die mit Rippen versehene Basisplatte 3 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit insgesamt acht Durchgangslöchern 31 versehen, die zum Einführen von Bolzen 33 verwendet werden, wobei jedes einen Durchmesser von 7 mm, eine Gesamtgröße von 10 cm × 21 cm und eine Dicke von etwa 11 mm hat. Zusätzlich ist die mit Rippen versehene Basisplatte 3 eine Al-SiC-Verbundplatte, die auf jeder Oberfläche mit Nickel plattiert ist.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Verstärkungsplatte 30 von etwa 3 mm Dicke, die auf der Seite der oberen Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 so angeordnet ist, dass sie die drei isolierenden Substrate 9 umgibt, wie in 12A gezeigt ist. Die Verstärkungsplatte 30 hat dieselbe Gesamtgröße wie die mit Rippen versehene Basisplatte 3, d. h. 10 cm × 21 cm, und ihr innerer Bereich von 6 cm × 19 cm ist herausgenommen, um Platz für die isolierenden Substrate 9 zu schaffen. Auch ist, um die Verstärkungsplatte 30 zusammen mit der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 mit dem Kühlmantel 20 zu verschrauben, die Verstärkungsplatte 30 mit insgesamt acht Durchgangslöchern 31 mit einem Durchmesser von 7 mm an denselben Positionen wie bei der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 versehen. Es ist zu beachten, dass die Verstärkungsplatte 30 integral mit dem nicht dargestellten Gehäuse ausgebildet sein kann.
  • Die Strahlungsrippen 5 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel integral mit der unteren Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 ausgebildet, wie in 12B gezeigt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind siebzehn Strahlungsrippen 5 parallel zu der Längsrichtung der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 (der Strömungsrichtung des Kühlmediums) ausgebildet, und ihre Vorsprunglänge und Breite betragen 8 mm bzw. 1,5 mm. Zusätzlich haben die Strahlungsrippen 5 einen Teilungsabstand von 3 mm, und diskrete Strömungsdurchgangsbereiche zwischen den Strahlungsrippen 5 sind 1,5 mm breit. Die Strahlungsrippen 5 werden durch 50 Vol.-% Langdauerkühlmittel (LLC) gekühlt, das hauptsächlich aus Ethylenglykol zusammengesetzt ist. Die vorbeschriebene Form und die Anordnung der Strahlungsrippen 5 und das Kühlmedium sind lediglich veranschaulichend, und die können in geeigneter Weise geändert werden.
  • Die 13A und 13B sind Querschnittsansichten der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 13A illustriert eine Querschnittsstruktur der Leistungshalbleitervorrichtung 1, die entlang der Linie X-X in 12A genommen ist, in der sich die mit Rippen versehene Basisplatte 3 auf dem Kühlmantel 20 befindet und die Verstärkungsplatte 30 weiterhin hierauf angeordnet ist. Die Verstärkungsplatte 30 und die mit Rippen versehene Basisplatte 3 sind mit festziehbaren Befestigungsmitteln (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden Bolzen 33 verwendet) an dem Kühlmantel 20 befestigt, die durch die sowohl in der Verstärkungsplatte 30 als auch in der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 ausgebildeten Durchgangslöcher 31 hindurchgehen und in Bolzenlöchern 32 verschraubt sind. Die verwendeten Bolzen sind M6-Bolzen mit einem Anziehungsdrehmoment von etwa 4 N·m.
  • Nuten 34a von 2,4 mm Breite und 1,4 mm Tiefe sind auf der Innenseite und der Außenseite mit Bezug auf die Durchgangslöcher 31 in der Verstärkungsplatte 30 gebildet, und ein O-Ring 35a (entsprechend einem „ersten Pufferglied“ bei der vorliegenden Erfindung) ist in jeder Nut angeordnet. In gleicher Weise sind Nuten 34b von 2,4 mm Breite und 1,4 mm Tiefe auf der Innenseite und der Außenseite mit Bezug auf die Bolzenlöcher 32 in dem Kühlmantel 20 gebildet, und ein O-Ring 35b (entsprechend einem „zweiten Pufferglied“ bei der vorliegenden Erfindung) ist in jeder Nut angeordnet. Die O-Ringe 35a und 35b haben einen Durchmesser von 1,9 mm. Zusätzlich sind die Abmessungen der zu bildenden Nuten 34a und 34b bestimmt unter Berücksichtigung der Materialzusammensetzungen und der Elastizität der O-Ringe 35a und 35b. Es ist zu beachten, dass sich der Ausdruck „Innenseite“ auf einen Bereich bezieht, der sich in der Nähe der Durchgangslöcher 31 befindet, die in dem Umfangsbereich der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 angeordnet sind, und von den Durchgangslöchern 31 umschlossen ist, während sich der Ausdruck „Außenseite“ auf einen Bereich bezieht, der nicht von den Durchgangslöchern 31 umschlossen ist (d. h. ein Bereich nahe dem Rand der mit Rippen versehenen Basisplatte 3) .
  • 13B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines verschraubten Bereichs der in 13A gezeigten Leistungshalbleitervorrichtung 1. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die Verstärkungsplatte 30 und der Kühlmantel 20 aus Aluminium mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 24 ppm/°C. Zusätzlich hat, wie vorstehend beschrieben ist, die mit Rippen versehene Basisplatte 3 vorzugsweise einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 3 bis 8 ppm/°C, und bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die mit Rippen versehene Basisplatte 3 aus einer Al-SiC-Verbundplatte mit 3,5 ppm/°C gebildet. Das heißt, die mit Rippen versehene Basisplatte 3 befindet sich zwischen der Verstärkungsplatte 30 und dem Kühlmantel 20, die beide einen relativ hohen linearen Ausdehnungskoeffizienten haben. Es ist zu beachten, dass rostfreier Stahl (linearer Ausdehnungskoeffizient: 10 bis 17 ppm/°C) als das Material für die Verstärkungsplatte 30 und den Kühlmantel 20 gewählt werden kann, und insbesondere, wenn die Verstärkungsplatte 30 und der Kühlmantel 20, die beide einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10 ppm/°C oder mehr haben, kombiniert mit der aus der Al-SiC-Verbundplatte gebildeten, mit Rippen versehenen Basisplatte 3 verwendet werden, kann das dritte Problem wirksam gelöst werden.
  • Im Allgemeinen sind Leistungshalbleitervorrichtungen, die in Fahrzeugen zu montieren sind, Temperaturveränderungen in dem Bereich von -40 bis +85° C (ΔT = 125° C) ausgesetzt, und die mit Rippen versehene Basisplatte 3, die Verstärkungsplatte 30 und der Kühlmantel 20 dehnen sich / ziehen sich zusammen gemäß ihren jeweiligen linearen Ausdehnungskoeffizienten. Wie anhand der Pfeile ersichtlich ist, die schematisch die Grade der thermischen Dehnung / Kontraktion der Komponenten in 13B darstellen, unterscheidet sich die mit Rippen versehene Basisplatte 3 von der Verstärkungsplatte 30 und dem Kühlmantel 20 hinsichtlich der Größe der Veränderung der Abmessungen mit Bezug auf dieselbe Temperaturänderung.
  • In dem Fall der in den 13A und 13B gezeigten Leistungshalbleitervorrichtung 1 werden, selbst wenn die mit Rippen versehene Basisplatte 3, die Verstärkungsplatte 30 und der Kühlmantel 20 sich wie vorstehend beschrieben aufgrund der Temperaturänderung thermisch dienen/zusammenziehen, keine Risse in der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 bewirkt. Insbesondere kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Zuverlässigkeit unter Umgebungstemperaturbedingungen sicherstellen, die für in Fahrzeugen zu montierenden Leistungshalbleitervorrichtungen erforderlich ist.
  • Dies ist sichergestellt, da die ersten Pufferglieder 35a auf der Außenseite und der Innenseite mit Bezug auf die Durchgangslöcher 31 in der Verstärkungsplatte 30 angeordnet sind und die zweiten Pufferglieder 35b auf der Außenseite und der Innenseite mit Bezug auf die Bolzenlöcher 32 in dem Kühlmantel 20 angeordnet sind. Es ist hierdurch möglich zu verhindern, dass die mit Rippen versehene Basisplatte 3 in direkten Kontakt mit dem Kühlmantel 20 und der Verstärkungsplatte 30 gelangt, die gegenüber der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 unterschiedliche lineare Ausdehnungskoeffizienten haben, und es ist auch möglich, dass die Druckkraft P durch Verschrauben gleichförmig auf die mit Rippen versehene Basisplatte 3 ausgeübt wird.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • 14 illustriert die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dieser Leistungshalbleitervorrichtung 1 wird die Anzahl von zu verwendenden O-Ringen 35a und 35b von jeweils zwei bei dem ersten Ausführungsbeispiel auf jeweils einen verringert. Die O-Ringe 35a und 35b bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind so geformt, dass sie grob die Durchgangslöcher 31 in der Verstärkungsplatte 30 bzw. die Bolzenlöcher 32 in dem Kühlmantel 20 umrunden und benachbarte verschraubte Bereiche verbinden, wie in 14 gezeigt ist, und sie sind in der Nut 34a, die in der Verstärkungsplatte 30 ausgebildet ist, bzw. der Nut 34b in dem Kühlmantel 20 angeordnet.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht, eine Wirkung äquivalent der von der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzielten zu erhalten, und auch die Zuverlässigkeit unter Umgebungstemperaturbedingungen, die für in Fahrzeugen zu montierende Leistungshalbleitervorrichtungen erforderlich sind, sicherzustellen. Zusätzlich ermöglicht die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die für die O-Ringe 35a und 35b verwendete Materialmenge zu reduzieren.
  • [Drittes Ausführungsbeispiel]
  • 15 illustriert die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Diese Leistungshalbleitervorrichtung 1 hat eine dünne scheibenartige Verstärkungsplatte 30, die pro verschraubtem Bereich vorgesehen ist. Zusätzlich sind, anders als der O-Ring 35a bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, O-Ringe 35a, die zwischen der Verstärkungsplatte 30 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 angeordnet sind, nicht so geformt, dass sie benachbarte verschraubte Bereiche verbinden. Dies ergibt sich daraus, dass keine Möglichkeit besteht, dass das Kühlmedium zwischen der Verstärkungsplatte 30 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 entweichen kann.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht, eine Wirkung äquivalent derjenigen, die von den Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel erzielt wird, zu erhalten, und auch die für die O-Ringe 35a und 35b verwendete Materialmenge zu reduzieren.
  • [Viertes Ausführungsbeispiel]
  • 16 illustriert die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel. Diese Leistungshalbleitervorrichtung 1 verwendet eine Metalldichtung 36 als das zweite Pufferglied zwischen der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und dem Kühlmantel 20. Die Metalldichtung 36 wird erhalten durch Bedecken einer dünnen Metallplatte, die Teilvorsprünge 37 hat, mit elastischem Harz. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die linearen Vorsprünge 37 von etwa 0,2 mm Höhe jeweils auf der Innenseite und der Außenseite mit Bezug auf die verschraubten Bereiche gebildet. Die Vorsprünge 37 können anders geformt sein, z.B. eine Form, die grob die verschraubten Bereiche so umgibt, dass sie mit ihren benachbarten verschraubten Bereichen verbunden sind, wie in dem Fall des O-Rings 35b bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 14).
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht, eine Wirkung äquivalent der bei den Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erzielten zu erhalten und auch die Zuverlässigkeit unter Umgebungstemperaturbedingungen, die für in Fahrzeugen zu montierenden Leistungshalbleitervorrichtungen erforderlich ist, sicherzustellen.
  • [Fünftes Ausführungsbeispiel]
  • 17 illustriert die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel. Diese Leistungshalbleitervorrichtung 1 verwendet eine Harzklebstoffschicht 38 aus einem elastischen, auf Silikon basierenden Harzklebstoff als das erste Pufferbglied zwischen der Verstärkungsplatte 30 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3. Der auf Silikon basierende Harzklebstoff wird so auf die mit Rippen versehene Basisplatte 3 aufgebracht, dass er die verschraubten Bereiche umgibt, und die Verstärkungsplatte 30 wird darauf angeordnet. Als Folge hiervon kann der auf Silikon basierende Harzklebstoff dünn über einen großen Bereich ausgebreitet werden, ohne einen Raum zwischen der Verstärkungsplatte 30 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 zu lassen. Danach wird der auf Silikon basierende Harzklebstoff einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch die einen bestimmten Grad von Elastizität aufweisende Harzklebstoffschicht 38 gehärtet wird.
  • In dem Fall der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es nicht erforderlich, unterschiedliche Pufferglieder (O-Ringe oder dergleichen) gemäß der Form und den Abmessungen der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 vorzusehen, und daher ist es möglich, die anfänglichen Kosten für die Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung 1 zu senken. Es ist zu beachten, dass es möglich ist, eine ähnliche Wirkung selbst dann zu erhalten, wenn ein auf Epoxid basierendes Harz geringer Elastizität oder Urethanharz als die Harzklebstoffschicht 38 anstelle des auf Silikon basierenden Harzklebstoffs verwendet wird.
  • [Sechstes Ausführungsbeispiel]
  • 18 illustriert die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, bei dem die mit Rippen versehene Basisplatte 3 eine ebene Ringform hat. Mit dieser in 18 gezeigten Konfiguration kann der Strömungsdurchgang für das Kühlmedium unter Verwendung der Randwand des Gehäuses 23 für den Antriebsmotor anstelle des Kühlmantels 20 gebildet werden, wie bei der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und daher ist es möglich, eine Verringerung der Größe und des Gewichts sowie eine Herabsetzung der Kosten zu erzielen. Zusätzlich kann die Wechselrichtervorrichtung nahe an dem von der Wechselrichtervorrichtung zu betreibenden Antriebsmotor angeordnet werden, so dass die Schaltungsverbindungsverdrahtung verkürzt werden kann, wodurch der Leistungsverlust durch die Verdrahtung verringert wird.
  • Bei der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind einige der verschiedenen Pufferglieder nach dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel als das erste Pufferglied (nicht gezeigt) zwischen der Verstärkungsplatte 30 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und als das zweite Pufferglied (nicht gezeigt) zwischen der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und dem Motorgehäuse 23 anwendbar. Demgemäß ermöglicht die Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das dritte Problem wie bei den Leistungshalbleitervorrichtungen gemäß den anderen vorhergehenden Ausführungsbeispielen zu lösen und auch die Zuverlässigkeit unter Umgebungstemperaturbedingungen, die für in Fahrzeugen montierte Leistungshalbleitervorrichtungen erforderlich ist, sicherzustellen.
  • [Andere Ausführungsbeispiele]
  • Während das Vorstehende mit Bezug auf Beispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung und die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfigurationen beschränkt.
  • Beispielsweise ist ein in 19 gezeigtes Leistungshalbleitermodul 2 für eine Kostenherabsetzung durch Einsetzen von isolierenden Harzschichten für die isolierenden Substrate, die teuer sind, vorgesehen. Dieses Leistungshalbleitermodul 2 hat eine isolierende Harzschicht 13, die in engem Kontakt mit der Seite der oberen Oberfläche der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 angeordnet ist, und eine gemusterte Leiterplatte 14, die weiterhin darauf angeordnet ist. Die gemusterte Leiterplatte 14 ist gebildet durch Verbinden einer Kupferplatte mit der isolierenden Harzschicht 13 und Entfernen unnötiger Bereiche der Kupferplatte durch einen Ätzvorgang, wodurch nur die Leitungsmuster verbleiben (d.h., Musterbildung der Kupferplatte).
  • Bei dem in 19 gezeigten Leistungshalbleitermodul 2 sind die Leistungshalbleiterelemente 8 an die thermische Diffusionsplatte 15 gelötet, die an die gemusterte Leiterplatte 14 gelötet ist. Die thermische Diffusionsplatte 15 besteht aus einem Material (z.B. Kupfer), das eine überlegene thermische Leitfähigkeit und Wärmekapazität hat, so dass von den Leistungshalbleiterelementen 8 erzeugte Wärme sich schnell in der Richtung der Ebene ausbreiten und von der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 abgestrahlt werden kann. Somit ist es möglich, einen Übergangsanstieg der Temperatur aufgrund einer abrupten Wärmeerzeugung durch die Leistungshalbleiterelemente 8 zu verhindern.
  • Wenn es erwünscht ist, einen Umgebungswiderstand wie ein Wärmezyklusvermögen zu erhöhen, kann das Material der thermischen Diffusionsplatte 15 durch ein anderes Material mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten (z.B. ein Kupfer-Molybdän-Verbundmaterial) ersetzt werden. Zusätzlich kann, wenn die Menge der von den Leistungshalbleiterelementen 8 erzeugten Wärme nicht besonders bemerkenswert ist, die thermische Diffusionsplatte 15 weggelassen werden, so dass die Leistungshalbleiterelemente 8 direkt mit der gemusterten Leiterplatte 14 verbunden sind.
  • Auch können hinsichtlich des Leistungshalbleitermoduls 2 und der Leistungshalbleitervorrichtung 1 bei jedem Ausführungsbeispiel die Größe jeder Komponente, die Anzahl von isolierenden Substraten 9, die auf der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 zu befestigen sind, die Anzahl der Leistungshalbleiterelemente 8, die auf den isolierenden Substraten 9 zu befestigen sind, die Anzahl von Strahlungsrippen 5, die Form der Strahlungsrippen 5 usw. geeignet geändert werden.
  • Auch können hinsichtlich der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Pufferglieder nach dem ersten bis fünften Ausführungsbeispiel geeignet kombiniert als das erste Pufferglied zwischen der Verstärkungsplatte 30 und der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und das zweite Pufferglied zwischen der mit Rippen versehenen Basisplatte 3 und dem Kühlmantel 20 verwendet werden. Beispielsweise kann die Harzklebstoffschicht 38 (das fünfte Ausführungsbeispiel, siehe 17) als das erste Pufferglied verwendet werden, und der O-Ring 35 (das dritte Ausführungsbeispiel, siehe 15) kann als das zweite Pufferglied verwendet werden.
  • Während das erste bis sechste Ausführungsbeispiel mit Bezug auf Leistungshalbleitervorrichtungen 1 vom Typ mit direkter Kühlung, die die mit Rippen versehene Basisplatte 3, die integral mit den Strahlungsrippen 5 ausgebildet ist, verwenden, beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung auf jegliche Leistungshalbleitervorrichtungen anwendbar, bei denen eine ebene Basisplatte, die keine integral mit dieser gebildeten Strahlungsrippen 5 hat, direkt gekühlt wird. Weiterhin kann die bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete, mit Rippen versehene Basisplatte 3 mit der peripheren Wand 6 vorgesehen sein, wie in 20 gezeigt ist. In gleicher Weise können die bei dem zweiten bis sechsten Ausführungsbeispiel verwendeten, mit Rippen versehenen Basisplatten 3 auch mit der peripheren Wand 6 versehen sein.

Claims (5)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), welche aufweist: eine Basisplatte (3) mit zu kühlenden Leistungshalbleiterelementen, die auf der Seite ihrer oberen Oberfläche befestigt sind; eine Verstärkungsplatte (30), die sich auf der Seite der oberen Oberfläche der Basisplatte (3) befindet; einen Kühlmantel (20), der an einer Seite der unteren Oberfläche der Basisplatte (3) mit mehreren festziehbaren Befestigungsmitteln (33), die durch die Verstärkungsplatte (30) und die Basisplatte (3) hindurchgehen, befestigt ist, wobei der Kühlmantel (20) einen Strömungsdurchgang für ein Kühlmittel hat, der gebildet ist zum Eintreten in eine Position mit Bezug auf die Basisplatte (3); ein erstes Pufferglied (34a, 35a), das zwischen der Verstärkungsplatte (30) und der Basisplatte (3) angeordnet ist; und ein zweites Pufferglied (34b, 35b), das zwischen der Basisplatte (3) und dem Kühlmantel (20) angeordnet ist, wobei der Kühlmantel (20) und die Verstärkungsplatte (30) jeweils einen linearen Ausdehnungskoeffizienten haben, der größer als der der Basisplatte (3) ist, und wobei das erste Pufferglied (34a, 35a) und das zweite Pufferglied (34b, 35b) jeweils zumindest auf der Innenseite und der Außenseite mit Bezug auf die festziehbaren Befestigungsmittel (33) angeordnet sind.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Basisplatte (3) mehrere Strahlungsrippen (5) enthält, die auf einem Bereich der Seite ihrer unteren Oberfläche gebildet sind, wobei der Bereich auf der entgegengesetzten Seite zu einem Bereich, in welchem die Leistungshalbleiterelemente befestigt sind, ist, und wobei die Strahlungsrippen (5) in dem Strömungsdurchgang so aufgenommen sind, dass das Kühlmedium zwischen den Strahlungsrippen (5) strömt.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das erste Pufferglied (34a, 35a) und das zweite Pufferglied (34b, 35b) jeweils ausgewählt sind aus einem O-Ring, einer Metalldichtung und einer Harzklebstoffschicht.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Verstärkungsplatte (30) integral mit einem die Leistungshalbleiterelemente umgebenden Gehäuse ausgebildet ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Verstärkungsplatte (30) und/oder der Kühlmantel (20) aus Aluminium oder rostfreiem Stahl besteht/bestehen.
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