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TECHNISCHES GEBIET
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Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik betrifft ein Halbleitermodul.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Wenn eine Halbleitervorrichtung Wärme erzeugt, dehnen sich die Halbleitervorrichtung und zugehörige periphere Elemente (Lötmetalle, Verdrahtungen und dergleichen) wärmebedingt aus. Aufgrund von Unterschieden der Wärmeausdehnungskoeffizienten unter den jeweiligen Elementen wirkt eine Spannung auf die Halbleitervorrichtung. Diese Spannung verkürzt die Lebensdauer der Halbleitervorrichtung.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Um die angesprochene Spannung zu verringern, wird eine Verbindung der Halbleitervorrichtung mit einem leitenden Element, für die kein Lötmaterial, wie Lötmetall nötig ist, in Betracht gezogen. Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr.
JP H9-252067 A ein Halbleitermodul, in dem eine Halbleitervorrichtung und entsprechende Elektrodenplatten laminiert und komprimiert sind, um die Halbleitervorrichtung und die entsprechenden Elektrodenplatten miteinander zu verbinden. Bei diesem Halbleitermodul ist jedoch eine positive Platte an einer unteren Oberfläche des Halbleitermoduls angeordnet, und eine negative Platte ist auf der oberen Oberfläche des Halbleitermoduls angeordnet. Wenn das Halbleitermodul in einem Gerät installiert wird, müssen Verdrahtungen daher jeweils mit einer oberen Oberflächenseite (anders ausgedrückt, mit einer Seite, auf der sich die negative Platte befindet) des Halbleitermoduls und mit einer unteren Oberflächenseite (anders ausgedrückt, mit einer Seite, auf der sich die positive Platte befindet), verbunden werden. Anders ausgedrückt ist eine komplizierte Verdrahtung nötig, um das Halbleitermodul in dem Gerät zu installieren. Vor diesem Hintergrund liefert die vorliegende Beschreibung ein Halbleitermodul, das anhand einer einfacheren Verdrahtung in einem Gerät installiert werden kann.
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Aus der
US 7 534 979 B2 ist weiter ein Druckkontakt-Gleichrichter bekannt, bei welchem durch Bereitstellen eines flexiblen Abschnitt an dem Leitungsende außerhalb einer Kappe, und Befestigen des flexiblen Teils an der Kappe, die Kontaktfläche zwischen der Spitze und der Gleichrichtereinrichtung konstant gehalten werden kann.
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Die
US 3 002 271 A lehrt weiter Halbleitervorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung, und insbesondere Verfahren zur Bereitstellung von Verbindungen mit niedrigem Wärmewiderstand auf die Elemente solcher Vorrichtungen, insbesondere Leistungstransistoren.
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Aus der
JP 2002-057263 A ist schließlich eine druckgeschweißte Halbleitervorrichtung bekannt.
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PROBLEMLÖSUNG
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Ein Halbleitermodul, das in der vorliegenden Beschreibung offenbart ist, weist eine Halbleitervorrichtung, ein erstes leitendes Element, ein zweites leitendes Element, ein drittes leitendes Element und ein isolierendes Element auf. Die Halbleitervorrichtung weist ein Halbleitersubstrat, eine erste Elektrode, die auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode auf, die auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, die der einen Oberfläche gegenüber liegt. Das erste leitende Element steht mit der ersten Elektrode in Kontakt. Das zweite leitende Element steht mit der zweiten Elektrode in Kontakt. Das dritte leitende Element steht mit dem zweiten leitenden Element in Kontakt und verläuft entlang des ersten leitenden Elements. Das isolierende Element sorgt für eine Isolierung zwischen dem ersten leitenden Element und dem dritten leitenden Element. Das dritte leitende Element ist dadurch am ersten leitenden Element und am zweiten leitenden Element befestigt, dass es zwischen dem ersten leitenden Element und dem zweiten leitenden Element angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung ist dadurch am ersten leitenden Element und am zweiten leitenden Element befestigt, dass sie zwischen dem ersten leitenden Element und dem zweiten leitenden Element angeordnet ist. Das Halbleitermodul umfasst weiter einen Zylinder, der aus einem Isolator besteht, der die Halbleitervorrichtung umgibt und der am ersten leitenden Element befestigt ist. Eine erste Gewindenut ist an einer Außenumfangsfläche des Zylinders ausgebildet. Außerdem ist eine zweite Gewindenut am zweiten leitenden Element ausgebildet, und das zweite leitende Element ist durch einen Eingriff der zweiten Gewindenut in die erste Gewindenut am Zylinder befestigt.
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In diesem Halbleitermodul ist die Halbleitervorrichtung dadurch am ersten leitenden Element und am zweiten leitenden Element befestigt, dass sie zwischen dem ersten leitenden Element und dem zweiten leitenden Element angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist die Halbleitervorrichtung durch Druck befestigt. Da dieses Halbleitermodul keine Verlötung mit einem Lötmaterial benötigt, ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Spannung auf die Halbleitervorrichtung wirkt, wenn von der Halbleitervorrichtung Wärme erzeugt wird. Das erste leitende Element ist elektrisch mit der ersten Elektrode der Halbleitervorrichtung verbunden. Außerdem ist das dritte leitende Element über das zweite leitende Element elektrisch mit der zweiten Elektrode der Halbleitervorrichtung verbunden. Das dritte leitende Element verläuft entlang des ersten leitenden Elements. Wenn diese Halbleitervorrichtung in einem Gerät installiert wird, können daher Verdrahtungen zum dritten leitenden Element und zum ersten leitenden Element mühelos bereitgestellt werden.
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Bei diesem Halbleitermodul kann ferner das zweite leitende Element durch Drehen des zweiten leitenden Elements und Ineingriffbringen der zweiten Gewindenut mit der ersten Gewindenut am Zylinder befestigt werden. Außerdem können gemäß dieser Gestaltung die Halbleitervorrichtung und das dritte leitende Element, die sich zwischen dem zweiten leitenden Element und dem ersten leitenden Element befinden, durch Drehen des zweiten leitenden Elements komprimiert und fixiert bzw. befestigt werden. Anders ausgedrückt können durch Anbauen des zweiten leitenden Elements am Zylinder das zweite leitende Element, das dritte leitende Element, das erste leitende Element und die Halbleitervorrichtung aneinander befestigt werden. Infolgedessen kann dieses Halbleitermodul mühelos zusammengesetzt werden. Da das dritte leitende Element ein Element ist, das vom zweiten leitenden Element getrennt ist, kann das zweite leitende Element außerdem unabhängig vom dritten leitenden Element gedreht werden. Daher kann das dritte leitende Element problemlos in Bezug auf das erste leitende Element positioniert werden.
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In dem oben beschriebenen Halbleitermodul kann vorteilhafterweise ein erster Eingriffsabschnitt, der konkav oder konvex gestaltet ist, an der Außenumfangsfläche des Zylinders ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann das dritte leitende Element eine Durchgangsbohrung aufweisen, ein zweiter Eingriffsabschnitt, der konkav oder konvex gestaltet ist, kann an einer Innenfläche der Durchgangsbohrung ausgebildet sein, und der Zylinder kann in einem Zustand, in dem der erste Eingriffsabschnitt in den zweiten Eingriffsabschnitt eingreift, in die Durchgangsbohrung des dritten leitenden Elements eingeführt sein.
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Gemäß dieser Gestaltung kann beim Drehen des zweiten leitenden Elements verhindert werden, dass das dritte leitende Element in Bezug auf das erste leitende Element verdreht wird. Daher kann das dritte leitende Element zuverlässig in Bezug auf das erste leitende Element positioniert werden.
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In dem oben beschriebenen Halbleitermodul kann vorteilhafterweise ferner eine dritte Elektrode, durch die ein schwächerer Strom fließt als in der ersten Elektrode und in der zweiten Elektrode, auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet sein. Außerdem kann das Halbleitermodul vorteilhafterweise auch noch ein Verdrahtungselement aufweisen, das mit der dritten Elektrode verbunden ist und das in einem Zustand, in dem es gegen das erste leitende Element isoliert ist, durch das erste leitende Element hindurch verläuft.
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Gemäß einer solchen Gestaltung kann das Verdrahtungselement, das mit der dritten Elektrode verbunden ist, zu einer Seite des ersten leitenden Elements vorstehen. Daher kann eine Verdrahtung mit der dritten Elektrode an einer Position in der Nähe des ersten leitenden Elements vorgesehen werden.
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In dem oben beschriebenen Halbleitermodul kann vorteilhafterweise ein konkaver Abschnitt an einer hinteren Oberfläche des ersten leitenden Elements ausgebildet sein, bei der es sich um eine Oberfläche handelt, die einer vorderen Oberfläche des ersten leitenden Elements, die mit der ersten Elektrode in Kontakt steht, gegenüber liegt. Vorteilhafterweise kann das Verdrahtungselement das erste leitende Element an einer Stelle durchdringen, an der der konkave Abschnitt ausgebildet ist, und verläuft entlang einer Bodenfläche des konkaven Abschnitts innerhalb des konkaven Abschnitts. Vorteilhafterweise kann das Verdrahtungselement im konkaven Abschnitt von einem Isolator bedeckt sein.
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Gemäß diesem Aufbau steht das Verdrahtungselement nicht über die hintere Oberfläche des ersten leitenden Elements vor. Die hintere Oberfläche des ersten leitenden Elements kann mühelos in engen Kontakt mit anderen Geräteelementen gebracht werden. Gemäß der vorliegenden Gestaltung kann das Halbleitermodul daher mühelos an dem Gerät angebaut werden.
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In dem oben beschriebenen Halbleitermodul können vorteilhafterweise ein Teil der hinteren Oberfläche des ersten leitenden Elements, an dem der konkave Abschnitt nicht ausgebildet ist, und eine Oberfläche des Isolators innerhalb des konkaven Abschnitts eine ineinander übergehende flache Ebene bilden.
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Gemäß dieser Gestaltung kann das Halbleitermodul auf einfachere Weise an dem Gerät angebaut werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls 10 gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 ist eine Querschnittsansicht des Halbleitermoduls 10 entlang einer Linie II-II von 1;
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3 ist eine Querschnittsansicht des Halbleitermoduls 10 entlang einer Linie III-III von 1;
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4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer ersten Modifikation;
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5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Modifikation;
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6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Modifikation;
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7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls gemäß einer vierten Modifikation;
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8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines konkaven Abschnitts 140; und
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10 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleitermoduls 200 gemäß einer alternativen Ausführungsform, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Ein Halbleitermodul 10, das in 1 dargestellt ist, ist eine Baugruppe, in der eine Halbleitervorrichtung 20 in einem Gehäuse 40 und einer Abdeckung 50 untergebracht ist.
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Das Gehäuse 40 weist eine Elektrodenplatte 40a, die aus Metall gebildet ist, und einen isolierenden Abschnitt 40b auf, der aus einem Isolator gebildet ist. Die Elektrodenplatte 40a ist in ungefähr planer Form ausgebildet. Der isolierende Abschnitte 40b ist aus einem hochfesten technischen Kunststoff, wie einem Phenolharz, gebildet. Der isolierende Abschnitt 40b ist an der Elektrodenplatte 40a befestigt. Wie in 1 bis 3 dargestellt ist, weist der isolierende Abschnitt 40b einen zylindrischen Abschnitt 40c und einen Flanschabschnitt 40d auf. Der zylindrische Abschnitt 40c ist in zylindrischer Form ausgebildet, mit einer Mittelachse, die senkrecht zur Elektrodenplatte 40a verläuft. Eine Gewindenut 40f ist an einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 40c ausgebildet. Ein konvexer Abschnitt 40g ist unterhalb der Gewindenut 40f ausgebildet. Wie in 3 dargestellt ist, ist der konvexe Abschnitt 40g ein Abschnitt, der zum Teil von einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 40c vorsteht. Der Flanschabschnitt 40d ist ein scheibenartiger Abschnitt mit einem Radius, der größer ist als die Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 40c. Der Flanschabschnitt 40d ist unterhalb des konvexen Abschnitts 40g ausgebildet. Ein Teil der Elektrodenplatte 40a stellt einen verlängerten bzw. vorstehenden Abschnitt 40h dar, der von einem Abschnitt, an dem der isolierende Abschnitt 40b befestigt ist, nach außen vorsteht.
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Eine Metallplatte 84, die Halbleitervorrichtung 20, eine Metallplatte 82 und Stifte 90 sind an einer Stelle innerhalb des zylindrischen Abschnitts 40c an der Elektrodenplatte 40a installiert.
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Die Metallplatte 84 ist an der Elektrodenplatte 40a installiert. Die Metallplatte 84 besteht aus einem relativ weichen Metall, wie Zinn.
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Die Halbleitervorrichtung 20 ist an der Metallplatte 84 installiert. Die Halbleitervorrichtung 20 weist ein Halbleitersubstrat 24 auf, das aus SiC besteht. Ein MOSFET ist im Halbleitersubstrat 24 ausgebildet. Eine Source-Elektrode 26 des MOSFET und eine Mehrzahl von Gate-Elektroden 28 des MOSFET sind an einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 24 ausgebildet. Gepunktete Linien 26 und 28 in 2 zeigen Positionen der Source-Elektrode 26 und der Gate-Elektroden 28 an der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 24 an. Wie in 2 dargestellt, weist das Halbleitersubstrat 24 eine quadratische Form auf. Die Mehrzahl von Gate-Elektroden 28 ist entlang einer Seite des Halbleitersubstrats 24 angeordnet. Wie in 1 dargestellt ist, ist eine Drain-Elektrode 22 des MOSFET an einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 24 ausgebildet. Die Halbleitervorrichtung 20 ist so an der Metallplatte 84 angebaut, dass die Source-Elektrode 26 mit der Metallplatte 84 in Kontakt kommt. Die Gate-Elektroden 28 stehen jeweils nicht in Kontakt mit der Metallplatte 84. Ein Strom, der schwacher ist als Ströme, die durch die Source-Elektrode 26 und die Drain-Elektrode 22 fließen, fließt durch die Gate-Elektroden 28.
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Die Metallplatte 82 ist an der Halbleitervorrichtung 20 installiert. Die Metallplatte 82 besteht aus einem relativ weichen Metall, wie Zinn. Die Metallplatte 82 steht mit der Drain-Elektrode 22 der Halbleitervorrichtung 20 in Kontakt.
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Eine Durchgangsbohrung 94, die durch die Elektrodenplatte 40a des Gehäuses 40 von einer oberen Oberfläche zu einer unteren Oberfläche der Elektrodenplatte 40a hindurch verläuft, ist an einer Stelle, die den Gate-Elektroden 28 der Halbleitervorrichtung 20 gegenüber liegt, an der Elektrodenplatte 40a ausgebildet. Die Durchgangsbohrung 94 verläuft in einer Richtung, in der die Mehrzahl von Gate-Elektroden 28 angeordnet ist. Genauer ist eine einzelne Durchgangsbohrung 94 mit einer in Draufsicht ungefähr rechteckigen Form in der Elektrodenplatte 40a so ausgebildet, dass sie sämtlichen Gate-Elektroden 28 gegenüber liegt. Ein isolierendes Element 92 ist innerhalb der Durchgangsbohrung 94 befestigt. Das isolierende Element 92 besteht aus einem Harzmaterial, wie Polyphenylensulfid (PPS). Die Durchgangsbohrung 94 wird vom isolierenden Element 92 blockiert. Metallstifte 90 sind an einer Stelle, die den Gate-Elektroden 28 gegenüber liegt, am isolierenden Element 92 befestigt. Wie in 3 dargestellt ist, ist ein Stift 90 an jeder Stelle befestigt, die einer Gate-Elektrode 28 gegenüber liegt. Jeder Stift 90 geht durch das isolierende Element 92 hindurch. Infolgedessen ist ein oberes Ende jedes Stifts 90 an einer Oberseite der Elektrodenplatte 40a angeordnet, und ein unteres Ende jedes Stifts 90 ist auf eine Unterseite der Elektrodenplatte 40a angeordnet. Ein Abschnitt 90a jedes Stifts 90 auf der Oberseite der Elektrodenplatte 40a ist ein Federabschnitt, der sich elastisch verformt. Jeder Federabschnitt 90a steht im gebogenen Zustand mit einer entsprechenden Gate-Elektrode 28 in Kontakt. Jeder Stift 90 ist durch das isolierende Element 92 gegen die Elektrodenplatte 40a des Gehäuses isoliert.
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Die Abdeckung 50 besteht aus Metall. Eine isolierende Beschichtung ist auf eine äußere Oberfläche der Abdeckung 50 aufgebracht. Die Abdeckung 50 weist einen zylindrisch geformten Seitenwandabschnitt 50b und einen flachen Plattenabschnitt 50a auf, der ein Ende einer mittleren Öffnung des Seitenwandabschnitts 50b blockiert. Anders ausgedrückt ist die Abdeckung 50 wie eine Schüssel geformt. Eine Gewindenut 50c ist an einer Innenumfangsfläche des Seitenwandabschnitts 50b ausgebildet. Die Gewindenut 50c der Abdeckung 50 greift in die Gewindenut 40c des Gehäuses 40 ein. Anders ausgedrückt ist die Abdeckung 50 mittels der Gewindenuten 40c und 50c am Gehäuse 40 befestigt. Eine untere Oberfläche des flachen Plattenabschnitts 50a der Abdeckung 50 steht mit der Metallplatte 82 in Kontakt. Genauer sind der flache Plattenabschnitt 50a der Abdeckung 50 und die Elektrodenplatte 40a des Gehäuses 40 so angeordnet, dass sie an zwei Seiten einen laminierten Körpers, der aus der Metallplatte 84, der Halbleitervorrichtung 20 und der Metallplatte 82 besteht, anliegen. Die Abdeckung 50 ist mit einem hohen Drehmoment am Gehäuse 40 befestigt. Infolgedessen wird der laminierte Körper vom flachen Plattenabschnitt 50a und von der Elektrodenplatte 40a komprimiert. Aufgrund des Drucks sind die Elemente, aus denen der laminierte Körper besteht, befestigt. Darüber hinaus sind ein Kontaktabschnitt der Elektrodenplatte 40a des Gehäuses 40 und der Metallplatte 84, ein Kontaktabschnitt der Metallplatte 84 und der Source-Elektrode 26 der Halbleitervorrichtung 20, ein Kontaktabschnitt der Drain-Elektrode 22 der Halbleitervorrichtung 20 und der Metallplatte 82, ein Kontaktabschnitt der Metallplatte 82 und des flachen Plattenabschnitts 50a der Abdeckung 50 und ein Kontaktabschnitt des Stifts 90 und der Gate-Elektrode 28 der Halbleitervorrichtung 20 nicht mittels eines Hartlötmaterials, wie eines Lötmetalls, aneinander gefügt. Wenn die Abdeckung 50 vom Gehäuse 40 abgenommen wird, können daher die jeweiligen Elemente des laminierten Körpers voneinander getrennt werden.
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Außerdem weist das Halbleitermodul 10 eine Busschiene 30 auf. Die Busschiene 30 ist aus Metall gebildet. Die Busschiene 30 weist einen Ringabschnitt 30a und einen Plattenabschnitt 30b auf, der sich außerhalb des Ringabschnitts 30a erstreckt. Der Ringabschnitt 30a ist dünner als der Plattenabschnitt 30b. Wie in 3 dargestellt ist, ist ein konkaver Abschnitt 30d an einer Innenfläche einer mittleren Öffnung 30c des Ringabschnitts 30a ausgebildet. Der zylindrische Abschnitt 40c des Gehäuses 40 ist in die mittlere Öffnung 30c des Ringabschnitts 30a eingeführt. Der konkave Abschnitt 30d des Ringabschnitts 30a steht mit dem konvexen Abschnitt 40g des zylindrischen Abschnitts 40c in Eingriff. Der Plattenabschnitt 30b verläuft ungefähr parallel zum vorstehenden Abschnitt 40h der Elektrodenplatte 40a und in einem Abstand zum vorstehenden Abschnitt 40h. Eine obere Oberfläche des Ringabschnitts 30a steht mit einem unteren Ende eines Seitenwandabschnitts 50b der Abdeckung 50 in Kontakt. Eine untere Oberfläche des Ringabschnitts 30a steht mit dem Flanschabschnitt 40d des Gehäuses 40 in Kontakt. Am Ringabschnitt 30a liegen von oben und unten die Abdeckung 50 bzw. das Gehäuse 40 an. Wie oben beschrieben, ist die Abdeckung 50 mit einem hohen Drehmoment am Gehäuse 40 befestigt. Daher wird der Ringabschnitt 30a von der Abdeckung 50 und dem Gehäuse 40 zusammengepresst bzw. komprimiert. Aufgrund des Drucks ist die Busschiene 30 an der Abdeckung 50 und am Gehäuse 40 befestigt. Die Busschiene 30 wird vom Flanschabschnitt 40d gegen die Elektrodenplatte 40a isoliert.
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Ein isolierendes Flächengebilde 70 ist an einer oberen Oberfläche des flachen Plattenabschnitts 50a der Abdeckung 50 installiert. Eine Kühleinrichtung 60 ist an einer oberen Oberfläche des isolierenden Flächengebildes 70 installiert. Die Kühleinrichtung 60 ist eine Kühleinrichtung mit Flüssigkeitsumwälzung. Darüber hinaus ist Schmiere an einem Kontaktabschnitt der Abdeckung 50 und des isolierenden Flächengebilde 70 und an einem Kontaktabschnitt des isolierenden Flächengebildes 70 und der Kühleinrichtung 60 aufgetragen. Infolgedessen ist ein wärmebedingter Widerstand zwischen der Kühleinrichtung 60 und der Abdeckung 50 verringert.
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Wie oben beschrieben, besteht in dem Halbleitermodul 10 eine Verdrahtung zur Source-Elektrode 26, die auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 24 angeordnet ist, aus der Elektrodenplatte 40a des Gehäuses 40. Außerdem besteht eine Verdrahtung zur Drain-Elektrode 22, die auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 24 angeordnet ist, aus der Busschiene 30. Die Busschiene 30 ist mit einer Seitenfläche des Gehäuses 40 verbunden und verläuft ungefähr parallel zur Elektrodenplatte 40a. Da die Elektrodenplatte 40a und die Busschiene 30 nahe aneinander angeordnet sind, können auf diese Weise externe Verdrahtungen mühelos installiert werden. Dadurch, dass die Elektrodenplatte 40a und die Busschiene 30 nahe aneinander und ungefähr parallel zueinander angeordnet sind, kann ferner ein induktiver Widerstand zwischen der Elektrodenplatte 40a und der Busschiene 30 verringert werden. Genauer kann dadurch, dass die Busschiene 30 ein ungefähr flaches, plattenähnliches Element ist, ein Abstand zwischen der Busschiene 30 und der Elektrodenplatte 40a durch die Dicke des Flanschabschnitts 40d exakt gesteuert werden. Daher kann der Abstand zwischen der Busschiene 30 und der Elektrodenplatte 40a weiter verringert werden. Infolgedessen ist im Halbleitermodul 10 der induktive Widerstand zwischen der Elektrodenplatte 40a und der Busschiene 30 äußerst niedrig.
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Ferner durchdringen die Stifte 90, die Verdrahtungen zu den Gate-Elektroden 28 darstellen, die Elektrodenplatte 40a des Gehäuses 40 und stehen zur Unterseite der Elektrodenplatte 40a vor. Infolgedessen sind keine Verdrahtungen an einer oberen Oberfläche der Abdeckung 50 installiert. Da sich keine Verdrahtungen an der oberen Oberfläche der Abdeckung 50 befinden, kann die gesamte obere Oberfläche der Abdeckung 50 über ein isolierendes Flächengebilde 70 mit einer Kühleinrichtung 60 verbunden werden. Infolgedessen kann die Halbleitervorrichtung 20 auf vorteilhafte Weise von der Kühleinrichtung 60 gekühlt werden.
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Ferner ist die Halbleitervorrichtung 20 im Halbleitermodul 10 durch Druck befestigt, und die Halbleitervorrichtung 20 und ihre peripheren Elemente sind nicht durch Verlöten oder dergleichen aneinander gefügt. Wenn sich die Halbleitervorrichtung 20 und ihre peripheren Elemente aufgrund von Wärme, die von der Halbleitervorrichtung 20 erzeugt wird, wärmebedingt ausdehnen, kommt es daher weniger wahrscheinlich zu einer Spannungseinwirkung auf die Halbleitervorrichtung 20. Infolgedessen hat das Halbleitermodul 10 eine lange Lebensdauer.
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Außerdem dient im Halbleitermodul 10 die Abdeckung 50 selbst als Teil der Verdrahtung mit der Drain-Elektrode 22. Dadurch, dass die Busschiene 30 einfach mit der Abdeckung 50 in Kontakt gebracht wird, können somit die Busschiene 30 und die Drain-Elektrode 22 elektrisch miteinander verbunden werden. In dem hypothetischen Fall einer Struktur, in der die Busschiene durch die Abdeckung 50 und die Elektrodenplatte 40a hindurch verläuft und dann mit der Drain-Elektrode 22 verbunden wird, müssen Durchgangsbohrungen an der Abdeckung 50 und der Elektrodenplatte 40a ausgebildet werden, ein Aufbau eines Halbleitermoduls wird notwendigerweise komplizierter, und ein Halbleitermodul wird notwendigerweise größer, um Platz für die Durchgangsbohrungen zu schaffen. Da außerdem die Länge von Verdrahtungen im Halbleitermodul zunimmt, wird auch ein induktiver Widerstand der Verdrahtungen größer. Diese Probleme treten mit dem Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform nicht auf. Infolgedessen kann ein Halbleitermodul 10 von geringer Größe und geringem induktivem Widerstand bereitgestellt werden.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen des Halbleitermoduls 10 beschrieben. Zunächst wird das Gehäuse 40 hergestellt, und die Metallplatte 84 wird innerhalb des zylindrischen Abschnitts 40c auf die Elektrodenplatte 40a gelegt. Eine Komponente, die die Mehrzahl von Stiften 90 integriert, und das isolierende Element 92 werden dann in der Durchgangsbohrung 94 der Elektrodenplatte 40a installiert. Dann wird die Halbleitervorrichtung 20 auf die Metallplatte 84 gelegt. Dabei wird die Source-Elektrode 26 mit der Metallplatte 84 in Kontakt gebracht, und die Gate-Elektroden 28 werden jeweils mit entsprechenden Stiften 90 in Kontakt gebracht. Anschließend wird die Metallplatte 82 auf die Halbleitervorrichtung 20 gelegt. Dann wird die Busschiene 30 so am Gehäuse 40 installiert, dass der Ringabschnitt 30a am Flanschabschnitt 40d angeordnet wird. Dadurch, dass ein Eingriff zwischen der Gewindenut 50c der Abdeckung 50 und der Gewindenut 40c des Gehäuses 40 bewirkt wird, wird dann die Abdeckung 50 am Gehäuse 40 befestigt. Wenn die Abdeckung 50 durch Drehen der Abdeckung 50 um ihre Mittelachse nach unten bewegt wird, kommt der flache Plattenabschnitt 50a der Abdeckung 50 mit der Metallplatte 82 in Kontakt. Außerdem kommt ein unteres Ende des Seitenwandabschnitts 50b der Abdeckung 50 mit dem Ringabschnitt 30a der Busschiene 30 in Kontakt. Durch weiteres Drehen der Abdeckung 50 aus diesem Zustand heraus drückt der flache Plattenabschnitt 50a der Abdeckung 50 die Metallplatte 82 auf die Halbleitervorrichtung 20. Genauer wird ein laminierter Körper (anders ausgedrückt die Metallplatte 84, die Halbleitervorrichtung 20 und die Metallplatte 82), der zwischen dem flachen Plattenabschnitt 50a der Abdeckung 50 und dem flachen Plattenabschnitt 40a des Gehäuses 40 angeordnet ist, in einer Laminierungsrichtung des laminierten Körpers komprimiert. Somit werden die jeweiligen Elemente des laminierten Körpers am Gehäuse 40 und an der Abdeckung 50 befestigt. Gleichzeitig drückt der Seitenwandabschnitt 50b der Abdeckung 50 den Ringabschnitt 30a der Busschiene 30 auf den Flanschabschnitt 40d. Anders ausgedrückt wird der Ringabschnitt 30a, der zwischen dem Seitenwandabschnitt 50b und dem Flanschabschnitt 40d angeordnet ist, zusammengepresst. Somit wird die Busschiene 30 am Gehäuse 40 und an der Abdeckung 50 befestigt.
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Darüber hinaus ist die Metallplatte 84 weicher als die Source-Elektrode 26 und die Elektrodenplatte 40a des Gehäuses 40, die an die Metallplatte 84 angrenzen. Wenn der laminierte Körper zusammengepresst bzw. komprimiert wird, verformt sich daher eine obere Oberfläche der Metallplatte 84 plastisch und gleicht sich dadurch einer Oberflächenform der Source-Elektrode 26 an, und die Metallplatte 84 kommt in engen Kontakt mit der Source-Elektrode 26. Wenn der laminierte Körper zusammengepresst wird, verformt sich auf ähnliche Weise eine untere Oberfläche der Metallplatte 84 und gleicht sich einer Oberflächenform der Elektrodenplatte 40a an, und die Metallplatte 84 kommt in engen Kontakt mit der Elektrodenplatte 40a. Infolgedessen werden die Source-Elektrode 26 und die Elektrodenplatte 40a elektrisch fest miteinander verbunden.
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Außerdem ist die Metallplatte 82 weicher als die Drain-Elektrode 22 und die Abdeckung 50, die an die Metallplatte 82 angrenzen. Wenn der laminierte Körper zusammengepresst wird, verformt sich daher eine untere Oberfläche der Metallplatte 82 plastisch und gleicht sich einer Oberflächenform der Drain-Elektrode 22 an, und die Metallplatte 82 kommt in engen Kontakt mit der Drain-Elektrode 22. Wenn der laminierte Körper zusammengepresst wird, verformt sich auf ähnliche Weise eine obere Oberfläche der Metallplate 82 plastisch und gleicht sich einer Oberflächenform der Abdeckung 50 an, und die Metallplatte 82 kommt mit der Abdeckung 50 in engen Kontakt. Infolgedessen werden die Drain-Elektrode 22 und die Abdeckung 50 fest miteinander verbunden.
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Wenn der laminierte Körper zusammengepresst wird, verbiegen sich ferner die Federabschnitte 90a der Stifte 90. Infolgedessen wird ein angemessener Druck zwischen den Stiften 90 und den Gate-Elektroden 28 angelegt, und die Stifte 90 und die Gate-Elektroden 28 werden zuverlässig elektrisch miteinander verbunden.
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Nachdem die Abdeckung 50 am Gehäuse 40 befestigt worden ist, wird die Kühleinrichtung 60 über das isolierende Flächengebildet 70 hinweg an der Abdeckung 50 befestigt, wodurch das Halbleitermodul 10, das in 1 dargestellt ist, fertiggestellt wird.
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Im Halbleitermodul 10 geht keine Verdrahtung zur Halbleitervorrichtung 20 durch die Abdeckung 50 hindurch. Daher kann die Abdeckung 50 während des Zusammenbaus frei gedreht werden. Infolgedessen kann die Abdeckung 50 dadurch am Gehäuse 40 befestigt werden, dass die Gewindenut 40c und die Gewindenut 50c miteinander in Eingriff gebracht werden. Außerdem kann die Abdeckung 50 durch diese Schraubenstruktur den laminierten Körper und die Busschiene 30 zusammenpressen und befestigen. Infolgedessen kann das Halbleitermodul 10 mühelos zusammengesetzt werden.
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Darüber hinaus besteht im Halbleitermodul 10 die Busschiene 30 aus einer Komponente, die sich von der Abdeckung 50 unterscheidet. Wenn beim Zusammenbau des Halbleitermoduls 10 der zylindrische Abschnitt 40c in die Durchgangsbohrung 30c des Ringabschnitts 30a der Busschiene 30 eingeführt wird, kommt ferner der konkave Abschnitt 30d der Busschiene 30 mit dem konvexen Abschnitt 40g des zylindrischen Abschnitts 40c in Eingriff. Somit ist die Busschiene 30 nicht mehr in der Lage, sich in Bezug auf das Gehäuse 40 zu verdrehen. Infolgedessen bleiben beim Drehen der Abdeckung zur Befestigung der Abdeckung am Gehäuse 40 die relativen Positionen der Busschiene 30 und des Gehäuses 40 unverändert. Somit wird eine Verlagerung der Busschiene 30 und des Gehäuses 40 verhindert. Daher kann die Busschiene 30 mühelos an einer Position gegenüber dem vorstehenden Abschnitt 40h der Elektrodenplatte 40a befestigt werden.
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Darüber hinaus entspricht das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform den Komponenten, die jeweils in den Ansprüchen aufgeführt sind, wie folgt. Die Elektrodenplatte 40a des Gehäuses 40 und die Metallplatte 84 bilden ein erstes leitendes Element gemäß den Ansprüchen. Die Abdeckung 50 und die Metallplatte 82 bilden ein zweites leitendes Element gemäß den Ansprüchen. Die Busschiene 30 bildet ein drittes leitendes Element gemäß den Ansprüchen. Der Flanschabschnitt 40d des Gehäuses bildet ein isolierendes Element gemäß den Ansprüchen. Der zylindrische Abschnitt 40c des Gehäuses 40 bildet einen Zylinder gemäß den Ansprüchen.
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In der ersten Ausführungsform ist der konkave Abschnitt 30d an der Busschiene 30 ausgebildet, und der konvexe Abschnitt 40g ist am zylindrischen Abschnitt 40c ausgebildet, wodurch der konkave Abschnitt 30d und der konvexe Abschnitt 40g miteinander in Eingriff kommen. Alternativ dazu kann ein konvexer Abschnitt an der Busschiene 30 ausgebildet sein, und ein konkaver Abschnitt kann am zylindrischen Abschnitt 40c ausgebildet sein, wodurch der konvexe Abschnitt und der konkave Abschnitt miteinander in Eingriff kommen können.
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Auch wenn das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform die Metallplatte 84 aufweist, kann alternativ dazu die Metallplatte 84 fehlen, und die Source-Elektrode 26 kann in direkten Kontakt mit der Elektrodenplatte 40a kommen. Auch wenn das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform die Metallplatte 82 aufweist, kann die Metallplatte alternativ dazu fehlen, und die Drain-Elektrode 22 kann in direkten Kontakt mit dem Gehäuse 40 kommen.
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Nun wird ein Halbleitermodul gemäß einer Modifikation des Halbleitermoduls 10 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Darüber hinaus sind in der folgenden Beschreibung der jeweiligen Halbleitermodule gemäß den Modifikationen Elemente, die ähnlich aufgebaut sind wie die der ersten Ausführungsform, mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der ersten Ausführungsform.
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In der ersten Ausführungsform ist die Abdeckung 50 über das isolierende Flächengebilde 70 an der Kühleinrichtung 60 befestigt. Alternativ dazu kann eine isolierende Schicht auf einer Oberfläche der Abdeckung 50 ausgebildet sein, und die Abdeckung 50 kann über die isolierende Schicht an der Kühleinrichtung 60 befestigt sein. Ferner kann, wie in 4 dargestellt, eine isolierende Kappe 72 über die Abdeckung 50 gelegt sein, und die Abdeckung 50 kann über die Kappe 72 an der Kühleinrichtung 60 befestigt sein.
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Außerdem ist in der ersten Ausführungsform der Flanschabschnitt 40d, der in den zylindrischen Abschnitt 40c integriert ist, unter der Busschiene 30 angeordnet. Alternativ dazu kann, wie in 5 dargestellt, ein Isolator 40i, der unter der Busschiene 30 angeordnet ist, vom zylindrischen Abschnitt 40c getrennt sein. In diesem Fall ist der Isolator 40i ein ringförmiges Element und ist so angeordnet, dass er den Ringabschnitt 30a der Busschiene 30 überlappt. Der Isolator 40i und der Ringabschnitt 30a sind in einem laminierten Zustand zwischen dem Gehäuse 40 und der Abdeckung 50 angeordnet. Die Busschiene 30 und der Isolator 40i werden durch Zusammenpressen des Gehäuses 40 und der Abdeckung 50 befestigt.
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Alternativ dazu kann, wie in 6 dargestellt, eine Komponente 96, in der eine isolierende Schicht 40j auf einer unteren Oberfläche der Busschiene 30 ausgebildet ist, hergestellt und an der Elektrodenplatte 40a installiert werden. Auch mit einem solchen Aufbau kann die Busschiene 30 gegen die Elektrodenplatte 40a isoliert werden.
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Alternativ kann, wie in 7 dargestellt ist, ein fließfähiges Harz 98, das Teilchen mit einem bestimmten Durchmesser enthält, auf die Elektrodenplatte 40a aufgetragen werden, und die Busschiene 30 kann auf dem Harz 98 angeordnet werden. Auch in diesem Fall wird ein Abstand zwischen der Busschiene 30 und der Elektrodenplatte 40a durch die Teilchen im Harz 98 gesichert. Das Harz 98 kann nach der Installation der Busschiene 30 gehärtet werden, dies ist aber nicht notwendig.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nun wird ein Halbleitermodul 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform, die in 8 dargestellt ist, beschrieben. Das Halbleitermodul 100 gemäß der zweiten Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Elektrodenplatte 40a und des Stifts 90. Darüber hinaus sind in der folgenden Beschreibung des Halbleitermoduls 100 gemäß der zweiten Ausführungsform Elemente, die den jeweiligen Elementen entsprechen, aus denen das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform besteht, mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet.
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Im Halbleitermodul 100 gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein konkaver Abschnitt 140 an einer unteren Oberfläche der Elektrodenplatte 40a ausgebildet. 9 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung einer Umgebung des konkaven Abschnitts 140. Eine Bodenfläche 140a des konkaven Abschnitts 140 ist in Bezug auf eine hintere Oberfläche 40e der Elektrodenplatte 40 abgesehen vom konkaven Abschnitt 140 auf einer oberen Seite angeordnet. Eine Durchgangsbohrung 94, die an der Elektrodenplatte 40a ausgebildet ist, öffnet sich zur Bodenfläche 140a des konkaven Abschnitts 140. Der Stift 90 ist innerhalb des konkaven Abschnitts 140 gebogen. Der Stift 90 innerhalb des konkaven Abschnitts 140 erstreckt sich ungefähr parallel zur Bodenfläche 104a des konkaven Abschnitts 140. Zwei isolierende Elemente 142 und 144 sind innerhalb des konkaven Abschnitts 140 angeordnet. Das isolierende Element 142 ist zwischen dem Stift 90 und der Elektrodenplatte 40a angeordnet und isoliert den Stift 90 gegen die Elektrodenplatte 40a. Das isolierende Element 144 ist unterhalb des Stifts 90 angeordnet. Eine Lücke ist zwischen dem isolierenden Element 142 und dem isolierenden Element 144 angeordnet, und der Stift 90 verläuft entlang der Lücke. Eine Oberfläche 144a des isolierenden Elements 144 ist eine flache Ebene. Die Oberfläche 144a des isolierenden Elements 144 ist abgesehen vom konkaven Abschnitt 140 ungefähr auf der gleichen Höhe angeordnet wie die hintere Oberfläche 40e der Elektrodenplatte 40a. Infolgedessen wird eine ineinander übergehende flache Ebene von der Oberfläche 144a und der hinteren Oberfläche 40e gebildet.
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Ein isolierendes Flächengebilde 170 ist an einer unteren Oberfläche des Gehäuses 40 (anders ausgedrückt an der Oberfläche 114 und der hinteren Oberfläche 40e) ausgebildet. Eine Kühleinrichtung 160 ist an einer unteren Oberfläche des isolierenden Flächengebildes 170 installiert. Mit dem Halbleitermodul 100 gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine Halbleitervorrichtung 20 nicht nur von einer Kühleinrichtung 60 an der oberen Oberflächenseite, sondern auch von einer Kühleinrichtung 160 an einer unteren Oberflächenseite gekühlt werden.
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Wie oben beschrieben, ist im Halbleitermodul 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der Stift 90, der durch die Elektrodenplatte 40a hindurchgeht, innerhalb des konkaven Abschnitts 140 gebogen und untergebracht. Da der Stift 90 eine Verdrahtung ist, durch die ein schwacher Strom fließt, weist der Stift 90 einen kleinen Durchmesser auf. Daher kann der Stift 90 mühelos gebogen und auf vorteilhafte Weise im konkaven Abschnitt 140 untergebracht werden. Durch Unterbringen des Stifts 90 innerhalb des konkaven Abschnitts 140 wie oben beschrieben kann die untere Oberfläche des Gehäuses 40 (die Oberfläche 144 und die hintere Oberfläche 40e) flach ausgebildet werden. Da die untere Oberfläche des Gehäuses 40 flach ausgebildet ist, kann die gesamte untere Oberfläche des Gehäuses 40 über das isolierende Flächengebilde 170 mit der Kühleinrichtung 160 verbunden werden. Infolgedessen kann die Halbleitervorrichtung 20 auf effiziente Weise von der Kühleinrichtung 160 gekühlt werden. Mit dem Halbleitermodul 100 kann ein Temperaturanstieg der Halbleitervorrichtung 20 unter Verwendung der beiden Kühleinrichtungen 60 und 160 besser unterdrückt werden.
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Darüber hinaus kann ein Halbleitermodul 100 gemäß der zweiten Ausführungsform wie folgt zusammengesetzt werden. Zunächst wird unter Verwendung der Elektrodenplatte 40a, an der der konkave Abschnitt 140 ausgebildet ist, die gleiche Arbeit wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt. Dann wird das isolierende Element 142 innerhalb des konkaven Abschnitts 140 installiert. Dann wird der Stift 90 gebogen. Das isolierende Element 142 wird dann innerhalb des konkaven Abschnitts 140 so installiert, dass die Oberfläche 144a des isolierenden Elements 144 und die hintere Oberfläche 40e der Elektrodenplatte 40a flach sind. Anschließend wird durch Anbauen des isolierenden Flächengebildes 170 und der Kühleinrichtung 160 das in 8 dargestellte Halbleitermodul 100 fertiggestellt.
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(Alternative Ausführungsform)
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Nun wird ein Halbleitermodul 200 gemäß einer alternativen Ausführungsform, die in 10 dargestellt und nicht Gegenstand der beanspruchten Erfindung ist, beschrieben. Das Halbleitermodul 200 gemäß der dritten Ausführungsform hat den gleichen Aufbau wie das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der Abdeckung 50 und des Gehäuses 40. Darüber hinaus sind in der folgenden Beschreibung des Halbleitermoduls 200 gemäß der alternativen Ausführungsform Elemente, die den jeweiligen Elementen entsprechen, aus denen das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform besteht, mit den gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet.
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Im Halbleitermodul 200 gemäß der alternativen Ausführungsform weist das Gehäuse 40 keinen zylindrischen Abschnitt auf. Anders ausgedrückt besteht das Gehäuse 40 aus einer Elektrodenplatte 40a und einem Isolator 40d (einem Abschnitt, der dem Flanschabschnitt 40d gemäß der ersten Ausführungsform entspricht).
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Im Halbleitermodul 200 gemäß der alternativen Ausführungsform ist ein Flanschabschnitt 50d an einem unteren Ende eines Seitenwandabschnitts 50b der Abdeckung 50 ausgebildet.
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Am Flanschabschnitt 50d der Abdeckung 50 sind die Busschiene 30 und der Isolator 40d Durchgangsbohrungen 152, die durch den Flanschabschnitt 50d, die Busschiene 30 und den Isolator 40d hindurch verlaufen. Obwohl nicht dargestellt, ist die Durchgangsbohrung 152 an drei Stellen ausgebildet. Außerdem sind Schraubenabschnitte 154 an drei Stellen, die den Durchgangsbohrungen 152 entsprechen, an der Elektrodenplatte 40a ausgebildet.
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Schrauben 162 sind durch die Durchgangsbohrungen 152 hindurch an den Schraubenlöchern 154 befestigt. Die Abdeckung 50 wird von drei Schrauben 162 am Gehäuse 40 befestigt. Die Metallplatte 82, die Halbleitervorrichtung 20 und die Metallplatte 84 sind dadurch, dass sie zwischen der Abdeckung 50 und dem Gehäuse 40 angeordnet sind, befestigt. Außerdem ist die Busschiene 30 dadurch befestigt, dass sie zwischen der Abdeckung 50 und dem Gehäuse 40 angeordnet ist. Darüber hinaus bestehen die drei Schrauben 162 aus einem Isolator. Daher ist die Abdeckung 50 gegen die Elektrodenplate 40a isoliert.
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Wie oben beschrieben, können auch mit einer Gestaltung gemäß der alternativen Ausführungsform die Halbleitervorrichtung 20 und die Busschiene 30 durch eine Komprimierung, die durch Anziehen der Schrauben 162 erzeugt wird, befestigt werden.
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Darüber hinaus wurde zwar ein MOSFET als Halbleitervorrichtungen gemäß den oben dargestellten Ausführungsformen beschrieben, aber die Gestaltungen der oben beschriebenen Ausführungsformen können auf verschiedene Halbleitervorrichtungen angewendet werden, wie einen IGBT und eine Diode.
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Außerdem stellt in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Stift 90 eine Verdrahtung zur Gate-Elektrode 28 dar. Alternativ dazu kann der Stift 90 eine andere Verdrahtung sein. Beispielsweise kann der Stift 90 eine Verdrahtung sein, die einen Strom erfasst, der durch die Halbleitervorrichtung 20 strömt (beispielsweise eine Verdrahtung, durch ein Strom mit einem bestimmten Verhältnis zu einem Strom fließt, der durch eine Source-Elektrode 26 fließt), oder eine Verdrahtung, die eine Temperatur der Halbleitervorrichtung 20 misst (beispielsweise eine Verdrahtung, durch die ein Strom fließt, der entsprechend der Temperatur der Halbleitervorrichtung 20 variiert).
