DE102009044659A1 - Leistungshalbleitermodul - Google Patents

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Seiji Oka
Yoshiko Obiraki
Takeshi Oi
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Abstract

Bei einem Leistungshalbleitermodul (100) sind ein Leistungshalbleiterelement (6) und ein zylindrischer Leiter (2) mit einer Oberfläche eines Leitungsrahmens (1) verbunden. Eine Öffnung des zylindrischen Leiters (2) liegt an einer Oberfläche eines Pressspritz-Gießharzes (3) frei. Eine Versiegelung mit dem Pressspritz-Gießharz (3) wird derart durchgeführt, dass Anschlussabschnitte (5) des Leitungsrahmens (1) von Umfangsseitenabschnitten des Pressspritz-Gießharzes (3) hervorragen. Der zylindrische Leiter (2) steht mit einer Steuerschaltung in leitfähiger Verbindung. Die Anschlussabschnitte (5) des Leitungsrahmens (1) stehen jeweils mit einer Hauptschaltung in leitfähiger Verbindung.

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein durch Gießharz versiegeltes Leistungshalbleitermodul, welches durch ein Pressspritzen ausgebildet ist, welches hinsichtlich der Produktivität hervorragend ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein durch Gießharz versiegeltes Leistungshalbleitermodul, welches durch Pressspritzen ausgebildet ist, welches klein ist und einen Betrieb bei hohem Strom realisiert.
  • 2. Beschreibung zum Stand der Technik
  • Ein Leistungshalbleitermodul, welches klein ist, dazu in der Lage ist, eine Wärme, welche durch seinen Betrieb erzeugt wird, wirksam an die Außenseite abzugeben, und dazu in der Lage ist, bei einem hohen Strom zu arbeiten, ist ein Leistungshalbleitermodul, welches durch Pressspritzen mit Gießharz versiegelt ist.
  • Eines solcher Leistungshalbleitermodule, welches durch Pressspritzen mit Gießharz versiegelt ist, ist jenes, bei welchem: ein Leistungshalbleiterelement an einer Oberfläche von einem Leitungsrahmen befestigt ist, ein Metallsubstrat, welches eine Aluminiumplatte oder eine Kupferplatte enthält und eine Isolierschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit und eine Kupferfolie enthält, an der anderen Oberfläche von dem Leitungsrahmen verbunden ist; und wobei diese Bauteile durch Pressspritzen mit Gießharz versiegelt sind, so dass eine Aluminiumplattenoberfläche oder Kupferplattenoberfläche des Metallsubstrats freiliegt.
  • Bei diesem Leistungshalbleitermodul ragen plattenförmige Anschlüsse, welche mit externen Schaltungen zu verbinden sind, von Umfangsseitenoberflächen des Versiegelungsgießharzes der Pressspritzung hervor (siehe beispielsweise Seiten 4 und 5, 1 der Japanischen Patentveröffentlichung Offenlegungsschrift No. H11-204724 (im Folgenden als Patentdokument 1 bezeichnet)).
  • Ein weiteres Leistungshalbleitermodul, welches durch Pressspritzen mit Gießharz versiegelt ist, ist jenes, bei welchem: Leistungshalbleiterelemente und Anschlüsse, welche mit externen Schaltungen zu verbinden sind, an einem Schaltungsmuster bereitgestellt sind, welches mit einer Wärmesenkenbasis verbunden ist; und wobei diese Bauteile durch Pressspritzen mit Gießharz versiegelt werden, so dass eine Oberfläche der Wärmesenkenbasis, welche die gegenüberliegende Oberfläche zu einer Oberfläche ist, welche das darauf ausgebildete Schaltungsmuster hat, freiliegt.
  • Bei diesem Leistungshalbleitermodul werden Anschlüsse mit dem Schaltungsmuster derart verbunden, dass sie im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des Schaltungsmusters stehen. Eine Oberfläche von jedem Anschluss, welche einer Oberfläche gegenüberliegt, welche mit dem Schaltungsmuster verbunden ist, liegt an einer Oberfläche des Pressspritz-Gießharzes frei, wobei die Oberfläche parallel zur Oberfläche des Schaltungsmusters ist.
  • Hier wird ein Zylinder, welcher ein Schraubloch, eine Gießharz-Gewindemutter und dergleichen hat, als Anschluss verwendet. Solche Anschlüsse, wie beispielsweise der Zylinder, welcher ein Schraubloch und die Gießharz-Gewindemutter hat, werden über Schrauben mit einer externen Verdrahtung verbunden (siehe beispielsweise Seiten 7 bis 9, 2 und 6 der Japanischen Patentveröffentlichung Offenlegungsschrift No. 2007-184315 (im Folgenden als Patentdokument 2 bezeichnet)).
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul, welches durch Pressspritzen mit Gießharz versiegelt ist, welches in Patentdokument 1 beschrieben ist, ragen alle plattenförmigen Anschlüsse von den Umfangsseitenoberflächen des Pressspritz-Gießharzes hervor. Da ein Metall von jedem plattenförmigen Anschluss freiliegt, ist es notwendig, eine ausreichende Isolierdistanz zwischen den plattenförmigen Anschlüssen sicherzustellen.
  • Leistungshalbleitermodule haben eine hohe Anzahl von Anschlüssen. Aus diesem Grund wird, wenn eine ausreichende Isolierdistanz zwischen den Anschlüssen von dem im Patentdokument 1 beschriebenen Leistungshalbleitermodul, bei welchem alle Anschlüsse von den Umfangsseitenoberflächen von dem Pressspritz-Gießharz vorragen, sicherzustellen ist, das Leistungshalbleitermodul größer. Dies steht einer Größenreduktion des Leistungshalbleitermoduls im Wege. Dieses Problem ist insbesondere bei Leistungshalbleitermodulen, welche eine hohe Anzahl von Anschlüssen haben, oder bei Leistungshalbleitermodulen markant, welche eine hohe Stromleitkapazität und Anschlüsse mit einer großen Breite haben.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul, welches durch Pressspritzen mit Gießharz versiegelt ist, welches in Patentdokument 2 beschrieben ist, sind die Anschlüsse zylinderförmige Anschlüsse, welche mit Löchern bereitgestellt sind. Ein Zylinder, welcher ein Schraubenloch oder eine Gießharz-Gewindemutter hat, wird als ein Hauptanschluss verwendet, welcher mit einer Hauptschaltung verbunden ist. Das heißt, dass der Hauptanschluss ein Anschluss ist, welcher mit einem Schraubenloch (im Folgenden als ein Schraubenpassungs-Anschluss bezeichnet) bereitgestellt ist. Der Schraubenpassungs-Anschluss ist über eine Schraube mit einer externen Verdrahtung verbunden.
  • Ein Steueranschluss, welcher mit einer Steuerschaltung verbunden ist, hat einen Steckeraufbau und ist über einen Stift mit einer externen Verdrahtung verbunden.
  • Jedoch ist es bei jenem Fall, bei welchem ein solcher Schraubenpassungs-Anschluss als ein Hauptanschluss verwendet wird, welcher mit einer Hauptschaltung des Leistungshalbleitermoduls verbunden ist, notwendig, wenn die Stromleitkapazität des Leistungshalbleitermoduls hoch ist, mehrere Schraubenpassungs-Anschlüsse parallel mit der Hauptschaltung zu verbinden oder den Durchmesser eines Schraubenabschnittes des Schraubenpassungs-Anschlusses zu erhöhen. Dies führt ebenfalls zu einem großen Leistungshalbleitermodul und verhindert eine Größenreduktion des Leistungshalbleitermoduls.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul, wie in Patentdokument 1 beschrieben, liegen die Anschlüsse, welche von den Umfangsseitenoberflächen des Pressspritz-Gießharzes hervorragen, auf der gleichen Ebene vor. Mit anderen Worten, haben ein Anschluss, welcher mit einer Hauptschaltung verbunden ist, und ein Anschluss, welcher mit einer Steuerschaltung verbunden ist, ihre Plattenoberflächen auf der gleichen Ebene.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul, wie in Patentdokument 2 beschrieben, haben der Anschluss, welcher mit der Hauptschaltung verbunden ist, und der Anschluss, welcher mit der Steuerschaltung verbunden ist, jeweils eine Oberfläche mit einer Öffnung, welche an einer Oberfläche von dem Pressspritz-Gießharz positioniert ist.
  • Die Anschlüsse der Leistungshalbleitermodule, wie in Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben, haben solche Aufbauten wie zuvor beschrieben. Demgemäß, bei jenem Fall, bei welchem unterschiedliche Typen von externen Schaltungen mit einem solchen einzelnen Leistungshalbleitermodul verbunden sind, wird ein Verbindungsprozess komplex. Beispielsweise ist der Hauptanschluss über ein Sammelschienen-Substrat, ein Kabel oder dergleichen, welches eine hohe Stromleitkapazität hat, mit einer externen Schaltung verbunden, und ist der Steueranschluss mit einer externen Schaltung verbunden, welche eine Platine ist. Dies bewirkt eine geringe Produktivität.
  • UMRISS DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannten Probleme. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungshalbleitermodul, welches durch Pressspritzen mit Gussharz versiegelt ist, bereitzustellen, welches sogar dann keine erhöhte Größe hat, wenn die Stromleitkapazität dessen zunimmt, und welches eine geringe Größe hat und welches durch einen einfachen Verbindungsprozess mit einer externen Schaltung verbunden werden kann.
  • Ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: einen Leitungsrahmen; ein Leistungshalbleiterelement; und einen zylindrischen Leiter. Ein Teil des Leitungsrahmens, des Leistungshalbleiterelements und des zylindrischen Leiters sind alle durch Pressspritz-Gießharz versiegelt. Anschlussabschnitte des Leitungsrahmens ragen von Umfangsseitenabschnitten des Leistungshalbleitermoduls hervor. Eine Öffnung des zylindrischen Leiters liegt an einer oberen Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls frei. Da das Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung den obigen Aufbau hat, hat das Leistungshalbleitermodul eine geringe Größe und ist ein Verdrahtungsprozess zwischen dem Leistungshalbleitermodul und einer externen Verdrahtung einfach.
  • Die vorgenannten und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlicher, wenn sie in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung gelesen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, welche ein Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt;
  • 2 ist eine schematische Draufsicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist eine schematische Perspektivansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 zeigt externe Anschlüsse, welche bei dem Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht, welche anzeigt, dass externe Schaltungen mit dem Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind;
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht, welche ein Leistungshalbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt;
  • 8 ist eine schematische Draufsicht, welche ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt;
  • 9 ist eine schematische Perspektivansicht, welche das Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt; und
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht, welche anzeigt, dass externe Schaltungen mit dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden sind.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine schematische Schnittansicht, welche ein Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, sind bei einem Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden Erfindung Leistungshalbleiterelemente 6 an einer Oberfläche von einem Leitungsrahmen 1 verbunden. Die andere Oberfläche des Leitungsrahmens 1, welche der Oberfläche gegenüberliegt, welche die darauf befestigten Leistungshalbleiterelemente 6 hat, ist über eine Isolierschicht 7, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, mit einer Metallbasisplatte 8 verbunden, wobei die Isolierschicht 7 zwischen der weiteren Oberfläche und der Metallbasisplatte 8 zwischengesetzt ist. Es sind Metallzylinder 2, welche zylindrische Leiter sind, welche jeweils ein Loch haben und jeweils an einem Anschluss wirken, mit dem Leitungsrahmen 1 verbunden, so dass sie im Wesentlichen senkrecht zu der einen Oberfläche des Leitungsrahmens 1 stehen. Die Leistungshalbleiterelemente 6 und die Metallzylinder 2 sind jeweils mit einem Verdrahtungsmuster auf dem Leitungsrahmen 1 verbunden. In diesem Zustand sind die Leistungshalbleiterelemente 6 und die Metallzylinder 2 noch nicht elektrisch miteinander verbunden. Demgemäß sind Abschnitte, welche eine Verbindung dazwischen erfordern, beispielsweise zwischen den Leistungshalbleiterelementen und zwischen den Leistungshalbleiterelementen und den Leitungsrahmen, über eine Drahtverbindung 20 verbunden. Der Leitungsrahmen 1, die Leistungshalbleiterelemente 6, die Metallzylinder 2 und die Metallbasisplatte 8, mit welcher die Isolierschicht 7 verbunden ist, sind durch ein Pressspritz-Gießharz 3 versiegelt.
  • Eine Oberfläche der Basisplatte 8, welche einer Oberfläche der Basisplatte 8 gegenüberliegt, welche mit der Isolierschicht 7 verbunden ist, liegt jedoch von dem Pressspritz-Gießharz 3 frei. Abschnitte der Metallzylinder 2, welche Abschnitten der Metallzylinder 2 gegenüberliegen, welche mit dem Leitungsrahmen 1 verbunden sind, liegen ebenfalls von dem Pressspritz-Gießharz 3 frei. Mit anderen Worten liegen die Löcher der Metallzylinder 2 an der oberen Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls 100 frei.
  • Die Löcher der Metallzylinder 2 sind nicht mit dem Pressspritz-Gießharz 3 gefüllt. Es können externe Anschlüsse 4 eingesetzt und mit den Löchern der Metallzylinder 2 verbunden werden. 1 zeigt an, dass die externen Anschlüsse 4 eingesetzt und mit den Löchern der Metallzylinder 2 verbunden sind.
  • Abschnitte 5 des Leitungsrahmens 1, welche als Anschlüsse wirken, ragen von Umfangsseitenabschnitten des Pressspritz-Gießharzes 3 hervor (im Folgenden werden die Abschnitte 5 als Anschlussabschnitte 5 bezeichnet). Die Anschlussabschnitte 5 enthalten jeweils: einen vorragenden Abschnitt 5a, welcher horizontal von dem Pressspritz-Gießharz 3 vorragt; und einen Verbindungsabschnitt 5b, welcher ein gebogener Abschnitt ist, welcher mit einer externen Schaltung zu verbinden ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform stehen die Metallzylinder 2 mit Steuerschaltungen des Leistungshalbleitermoduls in leitfähiger Verbindung und wirken als Steueranschlüsse. Hingegen stehen die Anschlussabschnitte 5 des Leitungsrahmens 1 mit Hauptschaltungen des Leistungshalbleitermoduls in leitfähiger Verbindung und wirken als Hauptanschlüsse.
  • 2 ist eine schematische Draufsicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine schematische Perspektivansicht des Leistungshalbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt, haben bei dem Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden Erfindung zwei Umfangsseitenabschnitte des Pressspritz-Gießharzes 3, welche zueinander gegenüberliegen, jeweils mehrere vorragende Anschlussabschnitte 5 des Leitungsrahmens 1. Die mehreren vorragenden Anschlussabschnitte 5 sind zueinander parallel bei vorbestimmten Abständen angeordnet. Die Verbindungsabschnitte 5b sind zu einer Seite hin gebogen, wobei an dieser Seite die externen Anschlüsse 4 des Leistungshalbleitermoduls 100 bereitgestellt sind.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt, ist das Pressspritz-Gießharz 3 mit zwei Passungslöchern 11 für Kühllamellen bereitgestellt. Die Passungslöcher 11 können jeweils einen Schraubenaufnahmeaufbau haben, welcher auf eine Schraube aufschraubbar ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird im Allgemeinen eine Kupferlegierung, welche eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit hat, für den Leitungsrahmen 1 verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Es können unterschiedliche Typen von Metall verwendet werden, solange das Metall eine elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit hat. Die Dicke des Leitungsrahmens 1 wird basierend auf der Stromleitkapazität von jedem Leistungshalbleiterelement 6 korrekt bestimmt. Es werden Aluminiumdrähte für die Drahtverbindung verwendet.
  • Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, für die Metallzylinder 2 ein Metall zu verwenden, welches beispielsweise mit Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet ist, welches eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit hat und welches durch Verlöten mit dem Leitungsrahmen 1 verbunden werden kann. Eine hier verwendete Beschichtung ist beispielsweise eine Ni-Sn-Beschichtung.
  • Die Dicke der Metallzylinder 2 ist derart eingestellt, so dass die Metallzylinder 2 aufgrund des Spritzgusses der Pressspritzung nicht zerbrochen werden können. Die Höhe der Metallzylinder 2 ist auf eine solche Höhe eingestellt, um zu ermöglichen, dass die externen Anschlüsse, welche später in die Metallzylinder 2 eingesetzt werden, ausreichend mit den Metallzylindern 2 verbunden werden. Die Innendurchmesser der Metallzylinder 2 werden gemäß den Außendurchmessern von eingesetzten Abschnitten der externen Anschlüsse 4, welche später in die Metallzylinder 2 eingesetzt werden, bestimmt. Die Innendurchmesser der Metallzylinder 2 werden derart bestimmt, um zumindest zu ermöglichen, dass die externen Anschlüsse 4 mit den Metallzylindern 2 verbunden werden. Eine Seitenkante der Innenwand von der Öffnung von jedem Metallzylinder 2, welcher an der oberen Oberfläche des Pressspritz-Gießharzes freiliegt, kann derart abgeschrägt werden, dass die Öffnung an der Abschrägung erweitert ist. Auf diese Art und Weise können die externen Anschlüsse 4 leicht in die Metallzylinder 2 eingesteckt werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise ein Epoxidharz, welches mit einem Quarzsandpulver-Füllstoff gefüllt ist, als das Pressspritz-Gießharz 3 verwendet. In dem Pressspritz-Gießharz 3 ist der prozentuale Inhaltsanteil des eingefüllten Quarzsandpulvers derart bestimmt, dass es eine optimale Menge hinsichtlich eines Wärmeausdehnungskoeffizienten oder dergleichen des Materials, welches für den Leitungsrahmen 1 verwendet ist, einnimmt.
  • Um die Wärmeverteilung des Pressspritz-Gießharzes 3 zu verbessern, wird des bevorzugt, Aluminiumpulver anstelle von Quarzsandpulver als den Füllstoff zu verwenden.
  • Nachstehend wird ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens des Leistungshalbleitermoduls der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Zunächst wird die Metallbasisplatte 8 mit dem Leitungsrahmen 1 über die Isolierschicht 7, welche zwischengesetzt ist, verbunden.
  • Als Nächstes werden die Leistungshalbleiterelemente 6 durch ein Verlöten oder dergleichen mit Leistungshalbleiterelement-Befestigungsabschnitten einer Oberfläche des Leitungsrahmens 1 verbunden, wobei die Oberfläche einer Oberfläche gegenüberliegt, welche die daran verbundene Basisplatte 8 enthält. Ebenfalls werden die Metallzylinder 2 durch ein Verlöten oder dergleichen mit Metallzylinder-Befestigungsabschnitten der Oberfläche des Leitungsrahmens 1 verbunden.
  • Unter den Leistungshalbleiterelementen 6 sind als Nächstes die Leistungshalbleiterelement-Befestigungsabschnitte des Leitungsrahmens 1 und die Metallzylinder-Befestigungsabschnitte des Leitungsrahmens 1 an jenen Positionen, welche eine Verbindung dazwischen erfordern, durch die Drahtverbindung 20 verbunden. Demgemäß stehen die Metallzylinder 2 mit den Steuerschaltungen des Leistungshalbleitermoduls 100 in leitfähiger Verbindung und stehen die Anschlussabschnitte 5 des Leitungsrahmens mit den Hauptschaltungen des Leistungshalbleitermoduls 100 in leitfähiger Verbindung.
  • Als Nächstes wird ein Aufbau, resultierend aus den obigen Prozessen, bei welchem die Basisplatte über die dazwischen gesetzte Isolierschicht 7 mit dem Leitungsrahmen 1 verbunden wird, und bei welchem die Leistungshalbleiterelemente 6 und die Metallzylinder 2 befestigt werden und bei welchem die Drahtverbindung zwischen bestimmten Positionen, wie notwendig, durchgeführt wurde, in ein Gießharz gesetzt und dann mit dem Pressspritz-Gießharz 3 versiegelt. Hier kann verhindert werden, dass das Pressspritz-Gießharz 3 in die Löcher der Metallzylinder 2 fließt, indem beispielsweise ein Verfahren verwendet wird, welches ein Schichtgussverfahren genannt wird, bei welchem die Versiegelung mit einer thermoplastischen Füllschicht durchgeführt wird, welche auf dem Metallzylinder 2 platziert wird.
  • Schließlich werden, nachdem der Steg von dem Leitungsrahmen 1 abgeschnitten ist, die Anschlussabschnitte 5 gebogen, um die Verbindungsabschnitte 5b als Hauptanschlüsse auszubilden. Auf diese Art und Weise wird das Leistungshalbleitermodul 100 vollendet.
  • Alternativ kann das Leistungshalbleitermodul 100 vollendet werden, indem die externen Anschlüsse 4 in die Metallzylinder 2 eingesteckt werden, welche als Steueranschlüsse wirken.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden die Metallzylinder 2 als zylindrische Leiter verwendet, welche als Steueranschlüsse wirken. Alternativ können Löcher, welche durch das Abdicht-Pressspritz-Gießharz 3 durchdringen, um somit die Oberfläche des Leitungsrahmens zu erreichen, ausgebildet werden, und dann kann ein leitfähiger Abschnitt innerhalb jedes Lochs ausgebildet werden, indem eine Beschichtung oder dergleichen durchgeführt wird. Die zylindrischen Leiter, welche als Steueranschlüsse wirken, können auf diese alternative Art und Weise ausgebildet werden.
  • Es ist bevorzugt, dass Verbindungen der externen Anschlüsse 4 mit den Metallzylindern 2 des Leistungshalbleitermoduls 100 der vorliegenden Ausführungsform nicht durch ein Verlöten, sondern durch eine Eindrück-Verbindung, typischerweise ein Eindrück-Einbau, ausgebildet werden, mit welchem die Verbindungen lediglich durch Druck einfach ausgebildet werden. Solche Verbindungen sind hinsichtlich der Zuverlässigkeit bei Verbindungen, der Einfachheit des Verbindungsprozesses und der Kosteneffizienz bevorzugt.
  • Da die Eindrück-Verbindung verwendet wird, ist es bevorzugt, dass die externen Anschlüsse 4 aus einem Metall ausgebildet sind, welches eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit und eine elastische Eigenschaft hat.
  • Es ist insbesondere bevorzugt, dass die externen Anschlüsse 4 jeweils aus einem Kupfermaterial ausgebildet sind.
  • 4 zeigt externe Anschlüsse, welche bei dem Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu verwenden sind.
  • Der untere Abschnitt von jedem der externen Anschlüsse 4, wie in 4 gezeigt, welcher in einen Steueranschluss einzustecken ist, hat eine Form eines komplementären Stiftes, das heißt einen Eindrück-Aufbau. Jedoch kann der untere Abschnitt einen unterschiedlichen Eindrück-Aufbau haben, wie beispielsweise ein Sternstift-Aufbau.
  • Die Form des oberen Abschnittes von jedem externen Anschluss 4 ist basierend auf der Form von einer externen Schaltung bestimmt, welche elektrisch mit dem Leistungshalbleitermodul verbunden ist. In dem Fall, bei welchem eine Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul und einer externen Schaltung an dem Musterabschnitt von einer Platine ausgebildet wird, wird ein erster externer Anschluss 4a, bei welchem der obere Abschnitt, welcher mit dem Musterabschnitt zu verbinden ist, eine Spiralfederform hat, oder ein zweiter externer Anschluss 4b, bei welchem der obere Abschnitt, welcher mit dem Musterabschnitt zu verbinden ist, eine Hakenfederform hat, verwendet. Da diese externen Anschlüsse mit dem Musterabschnitt von der Platine durch ein Eindrücken darauf elektrisch verbunden werden, können Ausmaße eines Bereiches, welcher notwendig ist, um die Verbindung auszubilden, klein sein.
  • Ferner, in dem Fall, bei welchem eine Verbindung zwischen dem Leistungshalbleitermodul und einer externen Schaltung an einem Durchgangsloch von einer Platine ausgebildet wird, wird ein dritter externer Anschluss 4c, bei welchem der obere Abschnitt, welcher mit dem Durchgangsloch zu verbinden ist, eine Form einer Lötverbindung hat, oder ein vierter externer Anschluss 4d, bei welchem der obere Abschnitt, welcher mit dem Durchgangsloch zu verbinden ist, eine Form zur Eindrück-Verbindung hat, verwendet. Da diese externen Anschlüsse mit dem Durchgangsloch der Platine verbunden werden, ist die Zuverlässigkeit der Verbindung hervorragend.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 100 gemäß der ersten Ausführungsform sind die Hauptanschlüsse, welche mit den Hauptschaltungen verbunden sind, welche jeweils eine hohe Stromleitkapazität haben, gleich die Anschlussabschnitte 5 des Leitungsrahmens 1, welche von den Umfangsseitenabschnitten des Pressspritz-Gießharzes 3 hervorragen. Die Steueranschlüsse, welche mit den Steuerschaltungen verbunden sind, sind derart an der Leitungsrahmenoberfläche bereitgestellt, dass sie im Wesentlichen senkrecht zu der Leitungsrahmenoberfläche sind. Die Öffnungen der Steueranschlüsse liegen in einer Ebene vor, welche zur Leitungsrahmenoberfläche des Pressspritz-Gießharzes 3 parallel ist.
  • Das heißt, da die Anschlussabschnitte 5 des Leitungsrahmens 1 lediglich als Hauptanschlüsse wirken, dass die Anzahl von Anschlussabschnitten 5 nicht hoch. Demgemäß ist es möglich, dass die Anschlussabschnitte 5 eine ausreichende Isolierdistanz dazwischen haben. Ferner ist, da die Metallzylinder 2 als Steueranschlüsse verwendet werden, ein Strom, welcher an jedem Metallzylinder 2 angelegt wird, gering. Demgemäß ist es nicht notwendig, dass jeder Steuerschaltung des Leistungshalbleitermoduls, an einer Verbindung zu einer externen Schaltung, mehrere Metallzylinder 2 bereitgestellt werden.
  • Aus diesem Grund ist es, sogar wenn die Stromleitkapazität des Leistungshalbleitermoduls zunimmt, nicht notwendig, die Größe des Leistungshalbleitermoduls zu erhöhen.
  • 5 ist eine schematische Schnittansicht, welche externe Schaltungen an dem Leistungshalbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden anzeigt.
  • Wie in 5 gezeigt, werden die externen Anschlüsse 4 in Steueranschlüsse eines Leistungshalbleitermoduls 101 der vorliegenden Ausführungsform eingesteckt, wobei an diesem Leistungshalbleitermodul 101 externe Schaltungen angeschlossen werden (im Folgenden als ein Leistungshalbleitermodul mit einer angeschlossenen externen Schaltung bezeichnet). Diese externen Anschlüsse 4 werden mit einer ersten externen Platine 13a verbunden, auf welcher kleine an der Oberfläche befestigte Bauteile 14a, wie beispielsweise kleine Kondensatoren und Widerstände, befestigt werden. Die Verbindungsabschnitte 5b der Anschlussabschnitte 5, welche als Hauptanschlüsse wirken, werden mit einer zweiten externen Platine 13b verbunden, auf welcher große, an der Oberfläche befestigte Bauteile 14b, beispielsweise große Kondensatoren und Widerstände, befestigt werden.
  • Die erste externe Platine 13a und die zweite externe Platine 13b können in einem Zweistufen-Aufbau auf dem Leistungshalbleitermodul 100 der vorliegenden Ausführungsform angeordnet werden, indem die Höhe der externen Anschlüsse 4 und die Höhe der Verbindungsabschnitte 5b der Anschlussabschnitte 5 eingestellt werden. Mit anderen Worten, können die externen Platinen, welche die externe Schaltung ausbilden, auf eine gestapelte Art und Weise angeordnet werden. Dadurch wird es ermöglicht, dass das Leistungshalbleitermodul in seiner Größe reduziert wird.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 6 ist eine schematische Schnittansicht eines Leistungshalbleitermoduls gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 6 gezeigt, wird bei einem Leistungshalbleitermodul 200 der vorliegenden Ausführungsform ein Keramik-Schaltungssubstrat 9 verwendet, welches enthält: eine Keramikplatte 9b, eine Kupferfolie 9a, welche ein Metallkörper ist, welcher an einer Oberfläche von der Keramikplatte 9b bereitgestellt ist, und ein Kupfer-Verdrahtungsmuster 9c, welches an der anderen Oberfläche von der Keramikplatte 9b bereitgestellt ist. Das Leistungshalbleitermodul 200 der vorliegenden Ausführungsform ist gleich dem Leistungshalbleitermodul 100 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Leistungshalbleiterelemente 6 und die Metallzylinder 2 an dem Verdrahtungsmuster 9c des Keramik-Schaltungssubstrats 9 befestigt sind, und dass die andere Oberfläche des Leitungsrahmens 1 mit dem Verdrahtungsmuster 9c verbunden ist.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 200 der vorliegenden Ausführungsform sind die jeweiligen Bauteile mit dem Verdrahtungsmuster 9c des Keramik-Schaltungssubstrats 9 verbunden. Demgemäß können diese Bauteile mit einer höheren Befestigungsdichte befestigt werden. Dadurch wird es ermöglicht, dass das Leistungshalbleitermodul ferner in seiner Größe reduziert wird.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 7 ist eine schematische Schnittansicht, welche ein Leistungshalbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt.
  • Wie in 7 gezeigt, wird bei einem Leistungshalbleitermodul 300 der vorliegenden Ausführungsform ein Metall-Schaltungssubstrat 10 verwendet, welches eine Metallplatte 10a und ein Metallfolien-Verdrahtungsmuster 10c enthält, welches oberhalb einer Oberfläche von der Metallplatte 10a bereitgestellt ist, während eine Gießharz-Isolierschicht 10b zwischen dem Verdrahtungsmuster 10c und der Metallplatte 10a zwischengesetzt ist. Das Leistungshalbleitermodul 300 ist gleich dem Leistungshalbleitermodul 100 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Leistungshalbleiterelemente 6 und die Metallzylinder 2 auf dem Verdrahtungsmuster 10c des Metall-Schaltungssubstrats 10 befestigt sind, und dass die andere Oberfläche des Leitungsrahmens 1 mit dem Verdrahtungsmuster 10c verbunden ist.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 300 der vorliegenden Ausführungsform können, da die jeweiligen Bauteile mit dem Verdrahtungsmuster 10c des Metall-Schaltungssubstrats 10 verbunden sind, diese Bauteile mit einer höheren Befestigungsdichte befestigt werden. Dadurch wird es ermöglicht, dass das Leistungshalbleitermodul ferner in seiner Größe reduziert wird.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 8 ist eine schematische Draufsicht, welche ein Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt.
  • 9 ist eine schematische Perspektivansicht, welche das Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anzeigt.
  • Wie in 8 und 9 angezeigt, ist ein Leistungshalbleitermodul 400 der vorliegenden Ausführungsform gleich dem Leistungshalbleitermodul 100 der ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass die Anschlussabschnitte 5, welche als Hauptanschlüsse wirken, lediglich die vorragenden Abschnitte 5a, welche horizontal von dem Pressspritz-Gießharz 3 vorragen, enthalten, und dass die vorragenden Abschnitte 5a, welche als die Hauptanschlüsse wirken, jeweils mit einem Leitereinbauloch 12, zum Verbinden eines Leiters damit über eine Schraube, bereitgestellt sind, wobei der Leiter mit einer externen Schaltung in leitender Verbindung steht. Das Leitereinbauloch 12 kann einen Gewindemutter-Aufbau, welcher auf eine Schraube aufzuschrauben ist, haben.
  • Bei dem Leistungshalbleitermodul 400 der vorliegenden Ausführungsform sind die Hauptanschlüsse, welche mit der Hauptschaltung verbunden sind, jeweils mit dem Leitereinbauloch 12 bereitgestellt. Ein Leiter, welcher mit einer externen Schaltung in leitender Verbindung steht, kann über eine Schraube mit dem Leitereinbauloch 12 verbunden werden.
  • 10 ist eine schematische Schnittansicht, welche externe Schaltungen mit dem Leistungshalbleitermodul gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden anzeigt.
  • Wie in 10 gezeigt, werden die externen Anschlüsse 4 in Steueranschlüsse eines Leistungshalbleitermoduls 401, welches mit einer externen Schaltung verbunden ist, der vorliegenden Ausführungsform eingesteckt. Die externen Anschlüsse 4 werden mit der ersten externen Platine 13a, auf welcher die kleinen, auf der Oberfläche befestigten Bauteile 14a, wie beispielsweise kleine Kondensatoren und Widerstände, befestigt sind, verbunden. Es sind Sammelschienen-Substrate 16, welche Leiter sind, welche mit einer externen Schaltung in leitfähiger Verbindung stehen, über Schrauben 15 mit den Schraublöchern 12, verbunden, welche in den vorragenden Abschnitten 5a bereitgestellt sind, welche als Hauptanschlüsse wirken.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform können, obwohl die Sammelschienen-Substrate als Leiter verwendet werden, welche mit einer externen Schaltung in leitfähiger Verbindung stehen, anstelle dessen Kabel als Leiter verwendet werden.
  • Ein Verdrahtungsprozess zwischen dem Leistungshalbleitermodul 400 der vorliegenden Ausführungsform und externen Schaltungen ist aus dem folgenden Grund einfach: Es kann eine externe Schaltung, welche mit den Steueranschlüssen zu verbinden ist, mit den externen Anschlüssen 4 verbunden werden, welche an der oberen Oberfläche des Pressspritz-Gießharzes 3 angeordnet sind; und es kann eine externe Schaltung, welche mit den Hauptanschlüssen zu verbinden ist, über Leiter, wie beispielsweise Sammelschienen-Substrate oder Kabel, mit den vorragenden Abschnitten 5a des Leitungsrahmens verbunden werden, welche von den Umfangsseitenabschnitten des Pressspritz-Gießharzes 3 vorragen.
  • Ebenfalls kann dem Leistungshalbleitermodul 400 der vorliegenden Ausführungsform jener Aufbau der zweiten Ausführungsform, welche das Keramik-Schaltungssubstrat 9 verwendet, oder jener Aufbau der dritten Ausführungsform, welche das Metall-Schaltungssubstrat 10 verwendet, angelegt werden.
  • Das Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine kleine Größe, und ein Verdrahtungsprozess zwischen dem Leistungshalbleitermodul und externen Schaltungen ist einfach. Daher kann das Leistungshalbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam als eine Leistungshalbleitervorrichtung verwendet werden, welche eine hohe Stromleitkapazität hat.
  • Dem Fachmann werden verschiedene Modifikationen und Änderungen von dieser Erfindung offensichtlich, ohne vom Umfang und Geist von dieser Erfindung abzuweichen, und es ist selbstverständlich, dass diese nicht auf die hier dargelegten beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 11-204724 [0004]
    • - JP 2007-184315 [0007]

Claims (9)

  1. Leistungshalbleitermodul (100), welches enthält: einen Leitungsrahmen (1); ein Leistungshalbleiterelement (6); und einen zylindrischen Leiter (2), wobei ein Teil des Leitungsrahmens (1), des Leistungshalbleiterelements (6) und des zylindrischen Leiters (2) jeweils durch ein Pressspritz-Gießharz (3) versiegelt sind, wobei Anschlussabschnitte (5) des Leitungsrahmens (1) von Umfangsseitenabschnitten des Leistungshalbleitermoduls (100) hervorragen, und eine Öffnung des zylindrischen Leiters (2) an einer oberen Oberfläche des Leistungshalbleitermoduls (100) freiliegt.
  2. Leistungshalbleitermodul (100) nach Anspruch 1, bei welchem das Leistungshalbleiterelement (6) und der zylindrische Leiter (2) mit einer Oberfläche des Leitungsrahmens (1) verbunden sind, eine Metallbasisplatte (8) mit einer weiteren Oberfläche des Leitungsrahmens (1) über eine dazwischen gesetzte Isolierschicht (7) verbunden ist, und der zylindrische Leiter (2) an der einen Oberfläche des Leitungsrahmens (1) derart angeordnet ist, so dass er im Wesentlichen senkrecht zu der einen Oberfläche steht.
  3. Leistungshalbleitermodul (200) nach Anspruch 1, welches ferner enthält: ein Keramik-Schaltungssubstrat (9), welches enthält: eine Keramikplatte (9b); einen Metallkörper (9a), welcher an einer Oberfläche von der Keramikplatte (9b) bereitgestellt ist; und ein Verdrahtungsmuster (9c), welches an einer weiteren Oberfläche von der Keramikplatte (9b) bereitgestellt ist, wobei das Leistungshalbleiterelement (6) an dem Verdrahtungsmuster (9c) befestigt ist, der zylindrische Leiter (2) derart mit dem Verdrahtungsmuster (9c) verbunden ist, so dass er im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des Verdrahtungsmusters (9c) steht, und der Leitungsrahmen (1) mit dem Verdrahtungsmuster (9c) verbunden ist.
  4. Leistungshalbleitermodul (300) nach Anspruch 1, welches ferner enthält ein Metall-Schaltungssubstrat (10), welches enthält: eine Metallplatte (10a); und ein Verdrahtungsmuster (10c), welches oberhalb von einer Oberfläche von der Metallplatte (10a) bereitgestellt ist, wobei eine Gießharz-Isolierschicht (10b) zwischen der Metallplatte (10a) und dem Verdrahtungsmuster (10c) zwischengesetzt ist, wobei das Leistungshalbleiterelement (6) an dem Verdrahtungsmuster (10c) befestigt ist, der zylindrische Leiter (2) derart mit dem Verdrahtungsmuster (10c) verbunden ist, so dass er im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche des Verdrahtungsmusters (10c) steht, und der Leitungsrahmen (1) mit dem Verdrahtungsmuster (10c) verbunden ist.
  5. Leistungshalbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem der zylindrische Leiter (2) mit einer Steuerschaltung des Leistungshalbleitermoduls (100) in leitfähiger Verbindung steht, und die Anschlussabschnitte (5) des Leitungsrahmens (1), welche von dem Pressspritz-Gießharz (3) hervorragen, jeweils mit einer Hauptschaltung des Leistungshalbleitermoduls (100) in leitfähiger Verbindung stehen.
  6. Leistungshalbleitermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Anschlussabschnitte (5) des Leitungsrahmens (1), welche von dem Pressspritz-Gießharz (3) hervorragen, jeweils enthalten: einen hervorragenden Abschnitt (5a), welcher horizontal von dem Pressspritz-Gießharz (3) hervorragt; und einen Verbindungsabschnitt (5b), welcher ein gebogener Abschnitt ist.
  7. Leistungshalbleitermodul (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die Anschlussabschnitte (5) des Leitungsrahmens (1), welche von dem Pressspritz-Gießharz hervorragen, jeweils ein hervorragender Abschnitt (5a) sind, welcher horizontal von dem Pressspritz-Gießharz (3) hervorragt, und der hervorragende Abschnitt (5a) mit einem Leiter-Einbauloch (12) bereitgestellt ist.
  8. Leistungshalbleitermodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem ein externer Anschluss (4) in den zylindrischen Leiter (2) eingesteckt ist.
  9. Leistungshalbleitermodul (100) nach Anspruch 8, bei welchem ein unterer Abschnitt des externen Anschlusses (4) in den zylindrischen Leiter (2) eingesteckt ist, und der untere Abschnitt eine Form für eine Eindrück-Verbindung hat, ein oberer Abschnitt des externen Anschlusses (4) mit einer externen Schaltung verbunden ist, und der externe Anschluss (4) jener ist, welcher aus der Gruppe ausgewählt ist, welche einen ersten externen Anschluss (4a), bei welchem der obere Abschnitt eine Spiralfederform hat, einen zweiten externen Anschluss (4b), bei welchem der obere Abschnitt eine Hakenfederform hat, einen dritten externen Anschluss (4c), bei welchem der obere Abschnitt eine Form für eine Lötverbindung hat, und einen vierten externen Anschluss (4d), bei welchem der obere Abschnitt eine Form für eine Eindrück-Einbau-Verbindung hat, enthält.
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Cited By (4)

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