DE112013007422T5 - Halbleitervorrichtung und Halbleitermodul - Google Patents

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Shoji Saito
Koichi Ushijima
Khalid Hassan Hussein
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Abstract

Ein Halbleitermodul weist eine Vielzahl von Kühlrippen und eine Befestigungskühlrippe auf, die länger als die Vielzahl der Kühlrippen ist, die Befestigungskühlrippe weist eine Gewindebohrung auf, die in deren distalen Endbereich vorgesehen ist, ein Kühlmantel weist einen Kühlmittelkanal, in dem die Vielzahl der Kühlrippen und die Befestigungskühlrippe untergebracht sind, und eine Öffnung auf, die ausgebildet ist, um das Einfügen einer Schraube in die Gewindebohrung zu ermöglichen, und weist eine Schraube auf, die durch die Öffnung zum Einfügen in die Gewindebohrung hindurchgeht, wobei der Kühlmantel mit der Schraube am Halbleitermodul befestigt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, z. B. zur Verwendung als Leistungssteuereinheit, und auf ein Halbleitermodul.
  • Stand der Technik
  • Die Patentliteratur 1 offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einem an einem Halbleitermodul befestigten Kühlmantel. In dieser Halbleitervorrichtung ist der Kühlmantel am Halbleitermodul dadurch befestigt, dass Schrauben durch im Kühlmantel ausgebildete Öffnungen geführt sind und die Schrauben in Gewindelöcher eingefügt sind, die in einer Wärmeabstrahlungsbasis des Halbleitermoduls ausgebildet sind.
  • Stand der Technik
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-110025 .
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Es ist vorteilhaft, Halbleitervorrichtungen so klein wie möglich herzustellen. Die in der Patentliteratur 1 offenbarte Halbleitervorrichtung erfordert jedoch Sicherheitsabstände zum Vorsehen von Gewindeöffnungen in der Wärmeabstrahlungsbasis. Das bedeutet, dass die Struktur der Vorrichtung hinsichtlich einer Größenreduzierung von Nachteil ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen des oben beschriebenen Problems konzipiert und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung und ein Halbleitermodul bereitzustellen, deren Größe reduzierbar ist.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Eine Halbleitervorrichtung der beanspruchten Erfindung umfasst ein Halbleitermodul mit einer Vielzahl von Kühlrippen und einer Befestigungskühlrippe, die länger als die Vielzahl der Kühlrippen ist, wobei die Befestigungskühlrippe eine in deren distalem Endbereich vorgesehene Gewindebohrung aufweist, einen Kühlmantel mit einem Kühlmittelkanal, in dem die Vielzahl der Kühlrippen und die Befestigungskühlrippe untergebracht sind, und einer Öffnung, die ausgebildet ist, um das Einfügen einer Schraube in die Gewindebohrung zu ermöglichen, und eine Schraube, die durch die Öffnung zum Einfügen in die Gewindebohrung hindurchgeht, wobei der Kühlmantel mit der Schraube am Halbleitermodul befestigt ist.
  • Eine Halbleitervorrichtung einer weiteren beanspruchten Erfindung umfasst ein Halbleitermodul mit einer Vielzahl von Kühlrippen, und einen Kühlmantel mit einem Kühlmittelkanal, in dem die Vielzahl der Kühlrippen untergebracht ist, wobei ein Schnapprastmechanismus zum Befestigen des Halbleitermoduls am Kühlmantel auf dem Halbleitermodul und dem Kühlmantel ausgebildet ist.
  • Ein Halbleitermodul der beanspruchten Erfindung umfasst eine Vielzahl von Kühlrippen und eine Befestigungskühlrippe, die länger als die Vielzahl der Kühlrippen ist, wobei die Befestigungskühlrippe eine in deren distalen Endbereich vorgesehene Gewindebohrung aufweist.
  • Ein Halbleitermodul einer weiteren beanspruchten Erfindung umfasst eine Vielzahl von Kühlrippen und einen Haken, der sich in die gleiche Richtung wie die Vielzahl der Kühlrippen erstreckt.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich.
  • Vorteilhafter Effekt der Erfindung
  • Erfindungsgemäß können die Halbleitervorrichtung und das Halbleitermodul verkleinert werden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls von der Unterseite gesehen.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung.
  • 4 zeigt eine Schnittansicht der Öffnung und von Bereichen rund um die Öffnung.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht der Öffnung und der Bereiche rund um die Öffnung nach dem Befestigen mit der Schraube.
  • 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 8 zeigt eine Explosionsdarstellung der Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Hakens.
  • 10 zeigt eine perspektivische Ansicht der fertiggestellten Halbleitervorrichtung.
  • 11 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs der Halbleitervorrichtung mit dem O-Ring.
  • 12 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der fertiggestellten Halbleitervorrichtung.
  • 14 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs der Halbleitervorrichtung mit den O-Ringen.
  • 15 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels 6 der vorliegenden Erfindung.
  • 16 zeigt eine perspektivische Ansicht einer fertiggestellten Halbleitervorrichtung.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ein Halbleitermodul, das ein Teil der Halbleitervorrichtung ist, werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Identische oder einander entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und eine wiederholte Beschreibung von diesen wird in einigen Fällen vermieden.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst ein Halbleitermodul 12 und einen Kühlmantel 14, der am Halbleitermodul 12 befestigt ist. Das Halbleitermodul 12 wird zuerst beschrieben. Das Halbleitermodul 12 umfasst ein Formharz 20 zur Einkapselung eines Halbleiterelements, wie zum Beispiel eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT).
  • Steueranschlüsse 21 und Hauptelektroden 22 liegen an Seitenflächen des Formharzes 20 nach außen frei. Eine aus Metall ausgebildete Grundplatte 24 ist an einer Unterseite des Formharzes 20 befestigt. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls 12 von der Unterseite ausgesehen. Eine Vielzahl von Kühlrippen 30 und eine Befestigungskühlrippe 32 sind angrenzend an die Grundplatte 24 vorgesehen. Die Vielzahl der Kühlrippen 30 und die Befestigungskühlrippe 32 sind aus dem gleichen Material wie die Grundplatte 24 ausgebildet und sind einstückig mit der Grundplatte 24 ausgebildet.
  • Die Kühlrippen 30 sind z. B. aus stiftförmigen Rippen ausgebildet. Die Kühlrippen 30 können jedoch aus irgendeinem anderen Rippentyp ausgebildet sein. Die Befestigungskühlrippe 32 ist länger als die Kühlrippen 30. Daher ragt die Befestigungskühlrippe 32 weiter aus dem Halbleitermodul 12 als die Kühlrippen 30 heraus. Eine Gewindebohrung ist in einem distalen Endbereich der Befestigungskühlrippe 32 ausgebildet. Die Befestigungskühlrippe 32 ist, wie oben beschrieben, z. B. als runder Vorsprung mit einer Gewindebohrung ausgebildet. Die Vielzahl der Kühlrippen 30 und die Befestigungskühlrippe 32 sind auf einem Mittelbereich der Grundplatte 24 vorgesehen. Folglich sind die Vielzahl der Kühlrippen 30 und die Befestigungskühlrippe 32 nicht auf einem Umfangsbereich der Grundplatte 24 vorgesehen. Die Befestigungskühlrippe 32 ist im Wesentlichen an einem Mittelpunkt der Grundplatte 24 vorgesehen.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 sind ein O-Ring 40 und ein O-Ring 42 zwischen dem Halbleitermodul 12 und dem Kühlmantel 14 vorgesehen. Der Kühlmantel 14 wird nachfolgend beschrieben. Ein Kühlmittelkanal 44 ist im Kühlmantel 14 ausgebildet. Eine Richtung, in die das Kühlmittel fließt, ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. Um das ein Fließen des Kühlmittels in diese Richtung zu ermöglichen, sind Kanalöffnungen 46 und 48 in zwei Seitenflächen des Kühlmantels 14 einander gegenüberliegend ausgebildet.
  • Eine Einführungsöffnung 49 zum Einführen der Vielzahl der Kühlrippen 30 und der Befestigungskühlrippe 32 in den Kühlmittelkanal 44 ist im Kühlmantel 14 an dessen Oberseitenfläche ausgebildet. Die Vielzahl der Kühlrippen 30 und die Befestigungskühlrippe 32 werden zum Unterbringen im Kühlmittelkanal 44 durch die Einführungsöffnung 49 hindurchgeführt.
  • Eine Ringnut 50 ist in einer Oberfläche (Oberseite) des Kühlmantels 14 dem Halbleitermodul 12 gegenüberliegend ausgebildet. Diese Nut 50 umgibt die Vielzahl der Kühlrippen 30 und die Befestigungskühlrippe 32, wenn die Halbleitervorrichtung 10 fertiggestellt ist. Der oben genannte O-Ring 40 ist in dieser Nut 50 untergebracht.
  • Eine Öffnung 52 ist im Kühlmantel 14 ausgebildet, damit eine Schraube 60 in die Gewindebohrung in der im Kühlmittelkanal 44 untergebrachten Befestigungskühlrippe 32 eingefügt werden kann. Der Schaft der Schraube 60 wird durch die Öffnung 52 hindurchgeführt, in die Gewindebohrung der Befestigungskühlrippe 32 eingefügt und in die Festziehrichtung gedreht, bis der Kopf der Schraube 60 an der Außenwandfläche des Kühlmantels 14 anliegt, wodurch der Kühlmantel 14 am Halbleitermodul 12 befestigt ist.
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung 10. Zur Erleichterung der Beschreibung ist nur eine Hälfte des Kühlmantels 14 dargestellt. Der O-Ring 42 wird durch Einklemmen zwischen dem Kühlmantel 14 und der Befestigungskühlrippe 32 elastisch verformt. Dies wird mit Bezug auf die 4 und 5 erläutert.
  • 4 zeigt eine Schnittansicht der Öffnung 52 und von Bereichen rund um die Öffnung 52. Eine Breite (X2) an einer Innenwandseite 14a der Öffnung 52 des Kühlmantels 14 ist größer als eine Breite (X1) an einer Außenwandseite 14b der Öffnung 52. Eine Senkbohrung 70 ist dadurch in der Innenwandfläche des Kühlmantels 14 ausgebildet. Die Breite der Senkbohrung 70 ist gleichgroß wie die Breite der Befestigungskühlrippe 32.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht der Öffnung und der Bereiche rund um die Öffnung nach dem Befestigen mit der Schraube. Der distale Endbereich der Befestigungskühlrippe 32 ist in der Senkbohrung 70 untergebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist der O-Ring 42 zwischen dem distalen Endbereich und der Bodenfläche der Senkbohrung 70 eingesetzt. In diesem Zustand wird die Schraube 60 in die Gewindebohrung eingefügt. Eine Kraft zum Andrücken des Kühlmantels 14 gegen das Halbleitermodul 12 kann durch Festziehen der Schraube 60 erzeugt werden.
  • Durch diese Kraft wird der in der Nut 50 vorgesehene O-Ring 40 elastisch verformt, um den Spalt zwischen den im Kühlmantel 14 und dem Halbleitermodul 12 zu schließen, und der O-Ring 42 wird gleichzeitig elastisch verformt, um den Spalt zwischen dem distalen Endbereich der Befestigungskühlrippe 32 und der Bodenfläche der Senkbohrung 70 zu schließen. Somit kann das in den Kühlmittelkanal 44 fließende Kühlmittel mit den O-Ringen 40 und 42 im Kühlmittelkanal 44 eingeschlossen werden. Die Außendurchmesser der O-Ringe 40 und 42, die Form der Nut 50, die Tiefe der Senkbohrung 70 und die Länge der Befestigungskühlrippe 32 werden nach Bedarf geändert, um die Beträge der elastischen Verformung der O-Ringe 40 und 42 auf optimale Werte zum Einschließen des Kühlmittels einzustellen.
  • In der Halbleitervorrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist die Befestigungskühlrippe 32, die zum Befestigen des Halbleitermoduls 12 und des Kühlmantels 14 aneinander verwendet wird, zusammen mit der Vielzahl der Kühlrippen 30 vorgesehen. Das heißt, die Befestigungskühlrippe 32 ist an einer Stelle vorgesehen, die einer Stelle in der konventionellen Vorrichtung entspricht, wo eine Kühlrippe vorgesehen ist, wodurch eine Verhinderung eines Größenanstiegs der Halbleitervorrichtung ermöglicht wird. Daneben trägt die Befestigungskühlrippe 32 ebenso wie jede aus der Vielzahl der Kühlrippen 30 zum Kühlen des Halbleitermoduls 12 bei. Somit kann das Halbleitermodul 12 effizient gekühlt werden und darüber hinaus kann die Halbleitervorrichtung 10 verkleinert werden.
  • Der O-Ring 40 ist in der Nut 50 vorgesehen und der O-Ring 42 ist in der Senkbohrung 70 vorgesehen. Es besteht daher keine Möglichkeit, dass der gesamte O-Ring 40 mit dem Kühlmittel in Berührung kommt, oder keine Möglichkeit, dass der gesamte O-Ring 42 mit dem Kühlmittel in Berührung kommt. Daher kann die Dauerhaltbarkeit der O-Ringe 40 und 42 im Vergleich zu einem Fall verbessert werden, bei dem die gesamten O-Ringe 40 und 42 mit dem Kühlmedium in Berührung kommen. Wie insbesondere aus 5 ersichtlich, tritt im Wesentlichen kein Kontakt zwischen dem in der Senkbohrung 70 vorgesehenen O-Ring 42 und dem Kühlmittel auf. Die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 10 kann daher verbessert werden.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 und das Halbleitermodul 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung können verschiedenartig modifiziert werden. Das Formharz 20 kann beispielsweise durch ein Gehäuse ersetzt werden. Der Aufbau des Kühlmantels 14 kann durch Entfernen der Senkbohrung 70 vereinfacht werden. Diese Modifikationen können auch an Halbleitervorrichtungen und Halbleitermodulen gemäß den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 durch eine Vielzahl von vorgesehenen Befestigungskühlrippen und durch weitere Detailpunkte. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist nur eine Hälfte eines Kühlmantels 80 dargestellt.
  • Ein Halbleitermodul 90 umfasst eine Zusatz-Befestigungskühlrippe 92 mit einer Gewindebohrung, die in deren distalen Endbereich vorgesehen ist. Die Zusatz-Befestigungskühlrippe 92 weist eine zur Befestigungskühlrippe 32 identische Form auf und ist mit der Grundplatte 24 verbunden. Diese Zusatz-Befestigungskühlrippe 92 ist in einem Kühlmittelkanal untergebracht.
  • Ein Kühlmantel 80 weist eine darin ausgebildete Zusatz-Öffnung 82 auf, um ein Einfügen einer Schraube in die Gewindebohrung in der Zusatz-Befestigungskühlrippe 92 zu ermöglichen. Die Zusatz-Öffnung 82 weist eine zur Öffnung 52 identische Form auf und weist eine darin ausgebildete Senkbohrung auf. Eine zusätzliche Schraube 94 ist durch die Zusatz-Öffnung 82 hindurchgeführt, um in die Gewindebohrung in der Zusatz-Befestigungskühlrippe 92 genauso wie die Schraube 60 eingefügt zu werden. Ein O-Ring 96 ist zwischen der Bodenfläche der Senkbohrung und dem distalen Ende der Zusatz-Befestigungskühlrippe 92 vorgesehen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmantel 80 am Halbleitermodul 90 durch Einfügen der Schraube 60 in die Gewindebohrung in der Befestigungskühlrippe 32 und Einfügen der zusätzlichen Schraube 94 in die Gewindebohrung der Zusatz-Befestigungskühlrippe 92 befestigt. Aufgrund der Verwendung der beiden Befestigungskühlrippen (der Befestigungskühlrippe 32 und der Zusatz-Befestigungskühlrippe 92) kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Halbleitermodul und dem Kühlmantel im Vergleich zur Halbleitervorrichtung im Ausführungsbeispiel 1 verbessert werden.
  • Die Verwendung der beiden Befestigungskühlrippen ermöglicht zudem eine Positionierung, wenn der Kühlmantel 80 am Halbleitermodul 20 angebracht wird. Das heißt, die Position des Kühlmantels relativ zum Halbleitermodul wird durch Einfügen der beiden Befestigungskühlrippen in die Öffnungen im Kühlmantel bestimmt, wodurch eine Fehlausrichtung zwischen dem Kühlmantel und dem Halbleitermodul verhindert wird.
  • Obwohl zwei Befestigungskühlrippen im Ausführungsbeispiel 2 verwendet werden, ist die Anzahl der Kühlrippen nicht auf zwei begrenzt. Drei oder mehr Befestigungskühlrippen können vorgesehen werden.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung wird durch Verbinden einer Vielzahl von (drei) Halbleitervorrichtungen 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 gebildet. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Eine Vielzahl von Kühlmänteln 14 ist zum Ausbilden eines durchgehenden Kühlmittelkanals verbunden. Jedes benachbarte Paar der Kühlmäntel 14 ist mittels einer Befestigungsstruktur befestigt (verbunden), die das Einschließen des Kühlmittels ermöglicht. Auf diese Weise kann die Vielzahl der Halbleitermodule 12, die z. B. einen Dreiphasen-Wechselrichter bilden, auf kleinem Raum integriert werden.
  • Die Anzahl der miteinander verbundenen Halbleitervorrichtungen 10 ist nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. Es kann auch eine Vielzahl der Halbleitervorrichtungen gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 verbunden werden.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Eine Halbleitervorrichtung und ein Halbleitermodul gemäß einem Ausführungsbeispiel 4 haben mit jenen im Ausführungsbeispiel 1 viel gemeinsam und werden daher in erster Linie in Bezug auf Unterschiede gegenüber dem Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. 8 zeigt eine Explosionsnsicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Haken 104 sind an einem Halbleitermodul 102 ausgebildet. Die Haken 104 erstrecken sich in die gleiche Richtung wie die Vielzahl der Kühlrippen 30. Die Haken 104 sind zum Verbinden mit vier Eckbereichen des Formharzes 20 aus dem gleichen Material wie das Formharz 20 ausgebildet. Die Haken 104 können alternativ zum Verbinden mit der Grundplatte aus dem gleichen Material wie die Grundplatte ausgebildet sein.
  • 9 zeigt eine perspektivische Ansicht des Hakens. Der Haken 104 weist einen querschnittsveränderlichen Basisendbereich 104a auf. Demzufolge ist der Haken 104 in dessen Basisendbereich 104a dicker ausgebildet. Unter erneuter Bezugnahme auf 8 sind Hakennuten 112 mit einer Form zur Schnapprastbefestigung an den oben beschriebenen Haken 104 in einem Kühlmantel 110 ausgebildet. Die Hakennuten 112 sind in vier Eckbereichen des Kühlmantels 110 ausgebildet. Die Hakennuten 112 und die Haken 104 bilden einen Schnapprastbefestigungsmechanismus.
  • 10 zeigt eine perspektivische Ansicht der fertiggestellten Halbleitervorrichtung 100. Die Haken 104 werden zum Einpassen in die Hakennuten 112 elastisch verformt, um dadurch den Kühlmantel 110 am Halbleitermodul 102 zu befestigen (eine Schnapprastbefestigung zu bilden). 11 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs der Halbleitervorrichtung 100 mit dem O-Ring 40.
  • Durch die oben beschriebene Schnapprastbefestigung wird der O-Ring 40 elastisch verformt, um den Spalt zwischen dem Kühlmantel 110 und dem Halbleitermodul 102 zu schließen. Das Kühlmittel kann dadurch im Kühlmittelkanal eingeschlossen werden.
  • Die Haken 104, die in Bereichen des Halbleitermoduls 102 ausgebildet sind, und die Hakennuten 112, die in Bereichen des Kühlmantels 110 ausgebildet sind, vergrößern die Abmessungen der Halbleitervorrichtung 100 nicht. Das heißt, das Vorsehen der Haken 104 und der Hakennuten 112 führt zu keiner Zunahme der Abmessungen. Da der Kühlmantel 110 zudem am Halbleitermodul 102 durch die Schnapprastbefestigung befestigt ist kann der Montagevorgang zudem deutlich leichter durchgeführt werden. Außerdem kann die Bauteileanzahl im Vergleich zum Ausführungsbeispiel 1 reduziert werden. Ferner kann die Festigkeit der Haken 104 durch Abschrägen der Basisendbereiche der Haken 104 erhöht werden.
  • Um die oben beschriebenen Effekte zu erhalten, kann der Schnapprastbefestigungsmechanismus zum Befestigen des Halbleitermoduls am Kühlmantel nur am Halbleitermodul und am Kühlmantel ausgebildet sein. Daher kann die Anordnung alternativ z. B. so sein, dass die Hakennuten im Halbleitermodul ausgebildet sind, während die Haken am Kühlmantel ausgebildet sind. Die Positionen, Größen, Formen und Anzahl der Haken und der Hakennuten können beliebig geändert werden. Die Anzahl der Haken und die Anzahl der Hakenminuten kann sich beispielsweise in einem Fall vergrößern, bei dem ein Halbleitermodul mit vergrößerten Abmessungen verwendet wird.
  • Ausführungsbeispiel 5
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung wird in erster Linie in Bezug auf Unterschiede gegenüber der Halbleitervorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 4 beschrieben. 12 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Halbleitervorrichtung 120 gemäß einem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 120 umfasst Halbleitermodule, und zwar ein erstes Halbleitermodul 122 und ein zweites Halbleitermodul 124. Sowohl das erste Halbleitermodul 122 als auch das zweite Halbleitermodul 124 sind die gleichen wie das Halbleitermodul 102 im Ausführungsbeispiel 4.
  • Ein Kühlmantel 130 weist eine Einführungsöffnung 132 an dessen Oberseitenfläche auf und weist eine Einführungsöffnung 134 an dessen Unterseitenfläche auf. Die Einführungsöffnung 132 ist zum Zwecke des Einführens der Vielzahl der Kühlrippen 30 des ersten Halbleitermoduls 122 in den Kühlmittelkanal 44 ausgebildet. Die Einführungsöffnung 134 ist zum Zwecke des Einführens der Vielzahl der Kühlrippen 30 des zweiten Halbleitermoduls 124 in den Kühlmittelkanal 44 ausgebildet.
  • Vier Hakennuten 140, die an den Haken 104 des ersten Halbleitermoduls 122 mittels Schnapprasten befestigbar sind, sind in den Seitenflächen des Kühlmantels 130 an dessen Oberseitenfläche ausgebildet. Vier Hakennuten 142, die an den Haken 104 des zweiten Halbleitermoduls 124 mittels Schnapprasten befestigbar sind, sind in Seitenflächen des Kühlmantels 130 an dessen Unterseitenfläche ausgebildet.
  • 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der fertiggestellten Halbleitervorrichtung 120. Die Haken 104 des ersten Halbleitermoduls 122 sind in die Hakennuten 140 eingepasst, wodurch das erste Halbleitermodul 122 am Kühlmantel 130 an dessen Oberseitenfläche befestigt ist. Die Haken 104 des zweiten Halbleitermoduls 124 sind in die Hakennuten 142 eingepasst, wodurch das zweite Halbleitermodul 124 am Kühlmantel 130 an dessen Unterseitenfläche befestigt ist.
  • 14 zeigt eine Schnittansicht eines Bereichs der Halbleitervorrichtung 120 mit den O-Ringen 40. Durch die oben beschriebene Schnapprastbefestigung wird der O-Ring 40 auf der Oberseitenfläche des Kühlmantels 130 elastisch verformt, um den Spalt zwischen dem Kühlmantel 130 und dem ersten Halbleitermodul 122 zu schließen. Der O-Ring 40 auf der Unterseitenfläche des Kühlmantels 130 wird ebenfalls elastisch verformt, um den Spalt zwischen dem Kühlmantel 130 und dem zweiten Halbleitermodul 124 zu schließen.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, die Halbleitermodule sowohl auf der Oberseite als auch der Unterseite des Kühlmantels 130 zu befestigen und ist dadurch in der Lage, die beiden Halbleitermodule (das erste Halbleitermodul 122 und das zweite Halbleitermodul 124 mit einem Kühlmittelkanal 44 zu kühlen.
  • Wenn der Abstand zwischen der Vielzahl der Kühlrippen 30 des ersten Halbleitermoduls 122 und der Vielzahl der Kühlrippen 30 des zweiten Halbleitermoduls 124 verringert wird, kann eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung im Kühlmittelkanal zur Verbesserung der Kühleffizienz verhindert werden. Im Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung sind die Vielzahl der Kühlrippen 30 des ersten Halbleitermoduls 122 und die Vielzahl der Kühlrippen 30 des zweiten Halbleitermoduls 124 in Kontakt miteinander gebracht, sodass die Änderung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung im Kühlmittelkanal verhindert werden kann.
  • Ausführungsbeispiel 6
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung wird durch Verbinden einer Vielzahl von (drei) Halbleitervorrichtungen 120 gemäß dem Ausführungsbeispiel 5 gebildet. 15 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels 6 der vorliegenden Erfindung. Eine Vielzahl von Kühlmänteln 130 ist zum Bilden eines durchgehenden Kühlmittelkanals verbunden. Jedes benachbarte Paar der Kühlmäntel 130 ist mittels einer Einbaustruktur befestigt (verbunden), die das Einschließen des Kühlmittels ermöglicht.
  • 16 zeigt eine perspektivische Ansicht einer fertiggestellten Halbleitervorrichtung 150. Die Vielzahl der Halbleitermodule (die drei ersten Halbleitermodule und die drei zweiten Halbleitermodule) können mit einem Kühlmantel 130 gekühlt werden. Auf diese Weise kann die Vielzahl der Halbleitermodule, die z. B. einen Dreiwege-Wechselrichter bilden, auf kleinem Raum integriert werden.
  • Die Anzahl der miteinander verbundenen Halbleitervorrichtungen 120 ist nicht auf eine bestimmte Anzahl beschränkt. Es kann auch eine geeignete Kombination der Merkmale der Halbleitervorrichtung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen hergestellt werden, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Halbleitervorrichtung
    12
    Halbleitermodul
    14
    Kühlmantel
    20
    Formharz
    21
    Steueranschlüsse
    22
    Hauptelektroden
    24
    Grundplatte
    30
    Kühlrippen
    32
    Befestigungskühlrippe
    40, 42
    O-Ring
    44
    Kühlmittelkanal
    46, 48
    Kanalöffnungen
    49
    Einführungsöffnung
    50
    Ringnut
    52
    Öffnung
    60
    Schraube
    70
    Senkbohrung
    80
    Kühlmantel
    82
    Zusatz-Öffnung
    90
    Halbleitermodul
    92
    Zusatz-Befestigungskühlrippe
    96
    O-Ring
    104
    Haken
    104a
    Basisendbereich
    112
    Hakennuten
    122
    erstes Halbleitermodul
    124
    zweites Halbleitermodul

Claims (13)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitermodul mit einer Vielzahl von Kühlrippen und einer Befestigungskühlrippe, die länger als die Vielzahl von Kühlrippen ist, wobei die Befestigungskühlrippe eine in deren distalem Endbereich vorgesehene Gewindebohrung aufweist; einen Kühlmantel mit einem Kühlmittelkanal, in dem die Vielzahl der Kühlrippen und die Befestigungskühlrippe untergebracht sind, und einer Öffnung, die ausgebildet ist, um das Einfügen einer Schraube in die Gewindebohrung zu ermöglichen; und eine Schraube, die durch die Öffnung zum Einfügen in die Gewindebohrung hindurchgeführt ist, wobei der Kühlmantel mit der Schraube am Halbleitermodul befestigt ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Kühlrippen aus einer Vielzahl von stiftförmigen Rippen ausgebildet ist, während die Befestigungskühlrippe aus einem runden Vorsprung ausgebildet ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der distale Endbereich in einer Senkbohrung untergebracht ist, die in einer Innenwandfläche des Kühlmantels ausgebildet ist, wobei die Halbleitervorrichtung ferner einen O-Ring aufweist, der zwischen dem distalen Endbereich und einer Bodenfläche der Senkbohrung vorgesehen ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Ringnut, welche die Vielzahl der Kühlrippen und die Befestigungskühlrippe umschließt, in einer Oberfläche des Kühlmantels gegenüber dem Halbleitermodul ausgebildet ist, wobei die Halbleitervorrichtung ferner einen O-Ring aufweist, der in der Nut vorgesehen ist, wobei der O-Ring einen Spalt zwischen dem Kühlmantel und dem Halbleitermodul schließt.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner eine zusätzliche Befestigungskühlrippe aufweist, die länger als die Vielzahl der Kühlrippen ist, wobei die zusätzliche Befestigungskühlrippe eine Gewindebohrung aufweist, die in deren distalen Endbereich vorgesehen ist, wobei eine zusätzliche Öffnung im Kühlmantel ausgebildet ist, um das Einfügen einer Schraube in die Gewindebohrung in der zusätzlichen Befestigungskühlrippe zu ermöglichen, und wobei die zusätzliche Befestigungskühlrippe im Kühlmittelkanal untergebracht ist, wobei die Halbleitervorrichtung ferner eine zusätzliche Schraube aufweist, die durch die zusätzliche Öffnung zum Einfügen in die Gewindebohrung in der zusätzlichen Befestigungskühlrippe hindurchgeht.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die eine Vielzahl der Halbleitermodule und eine Vielzahl der Kühlmäntel aufweist, wobei die Vielzahl der Kühlmäntel verbunden ist, um einen durchgehenden Kühlmittelkanal zu bilden.
  7. Halbleitermodul, umfassend: eine Vielzahl von Kühlrippen; und eine Befestigungskühlrippe, die länger als die Vielzahl der Kühlrippen ist, wobei die Befestigungskühlrippe eine in deren distalen Endbereich vorgesehene Gewindebohrung aufweist.
  8. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitermodul mit einer Vielzahl von Kühlrippen; und einen Kühlmantel mit einem Kühlmittelkanal, in dem die Vielzahl der Kühlrippen untergebracht ist, wobei ein Schnapprastmechanismus zum Befestigen des Halbleitermoduls am Kühlmantel auf dem Halbleitermodul und dem Kühlmantel ausgebildet ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Schnapprastmechanismus umfasst: einen Haken, der am Halbleitermodul in die gleiche Richtung wie die Vielzahl der Kühlrippen erstreckend ausgebildet ist; und eine Hakennut, die im Kühlmantel so ausgebildet ist, dass diese eine Form zur Schnapprastbefestigung am Haken aufweist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Basisendbereich des Hakens querschnittsveränderlich ausgeführt ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Halbleitermodul umfasst: ein erstes Halbleitermodul, das am Kühlmantel an dessen Oberseitenfläche durch den Schnapprastmechanismus befestigt ist; und ein zweites Halbleitermodul, das am Kühlmantel an dessen Unterseitenfläche durch den Schnapprastmechanismus befestigt ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die eine Vielzahl der Halbleitermodule und eine Vielzahl der Kühlmäntel aufweist, wobei die Vielzahl der Kühlmäntel verbunden ist, um einen durchgehenden Kühlmittelkanal zu bilden.
  13. Halbleitermodul, umfassend: eine Vielzahl von Kühlrippen; und einen Haken, der sich in die gleiche Richtung wie die Vielzahl der Kühlrippen erstreckt.
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