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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung, die beispielsweise zum Hochleistungsschalten verwendet wird.
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Hintergrund
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- Patentdokument 1 offenbart eine wärmeleitende Kühleinrichtung zum Kühlen von wärmeerzeugenden Körpern, wie beispielsweise LSIs, unter Verwendung von Kühlwasser.
- Patentdokument 2 offenbart eine Wärmesenke, die Vorsprünge zum Rühren eines Kühlfluids aufweist.
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DE 10 2013 222 496 A1 offenbart einen Durchgang von einem Kühlmitteleinlass zu einem Kühlmittelauslass von einem Kühler, der enthält: einen Upstream-Kühlabschnitt und einen Downstream-Kühlabschnitt zum Kühlen von Wärme erzeugenden Körpern; einen Upstream-Verteilungsabschnitt, der sich an der Seite des Kühlmitteleinlasses befindet; einen Downstream-Verteilungsabschnitt, der sich an der Seite des Kühlmittelauslasses befindet; einen Verbindungsabschnitt zum Verbinden des Upstream-Kühlabschnitts und des Downstream-Kühlabschnitts; einen Trennungsabschnitt zum Trennen des Upstream-Kühlabschnitts und des Downstream-Kühlabschnitts, und des Upstream-Verteilungsabschnitts und des Downstream-Verteilungsabschnitts. Der Durchgang ist derart verbunden, dass das Kühlmittel in einer Reihenfolge von dem Upstream-Verteilungsabschnitt, dem Upstream-Kühlabschnitt, dem Verbindungsabschnitt, dem Downstream-Kühlabschnitt und dem Downstream-Verteilungsabschnitt fließt.
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JP 2001 -
035 981 A offenbart einen Kühler für ein Halbleiterelement mit einer Einströmöffnung zum Einlassen eines Kältemittels wie reines Wasser und Frostschutzlösung und einem ersten Verteiler zum Verteilen des Kältemittels auf einen parallelen Kanal, der mit der Einströmöffnung verbunden ist.
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DE 10 2013 224 970 A1 offenbart eine Flüssigkeitskühlmittel-Zuführsammelleitung an einem mittigen Abschnitt in einer Breitenrichtung zwischen einem oberer-Abschnitt-Kühlkörper und einer Trennplatte, wobei eine Flüssigkeitskühlmittel-Ablasssammelleitung an einem mittigen Abschnitt in der Breitenrichtung zwischen einem unterer-Abschnitt-Kühlkörper und der Trennplatte ausgestaltet ist, um parallel zu der Flüssigkeitskühlmittel-Zuführsammelleitung zu sein. Dabei sind vertikale Strömungskanäle ausgebildet, um vertikal an zwei Seiten in der Breitenrichtung durch die Trennplatte durchzugehen, um parallel zu der Flüssigkeitskühlmittel-Zuführsammelleitung zu sein, wobei ein Flüssigkeitskühlmittel-Verteilungsstrukturkörper im Inneren der Flüssigkeitskühlmittel-Zuführsammelleitung angeordnet ist, und wobei eine äußere Form des Flüssigkeitskühlmittel-Verteilungsstrukturkörpers derart ausgebildet ist, dass ein Strömungskanal-Querschnittsbereich der Flüssigkeitskühlmittel-Zuführsammelleitung von einem stromaufwärtigen Ende zu einem stromabwärtigen Ende hin allmählich kleiner wird.
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US 2013 / 0 343 001 A1 offenbart ein Wärmeableitungssystem für ein Leistungsmodul, wobei das Wärmeableitungssystem umfasst: erste und zweite Wärmeableitungsplatten, die voneinander beabstandet sind, während sie einander zugewandt sind, um einen Kühlmediumströmungskanal zu bilden, wobei erste und zweite Zuflussleitungen sich zum Kühlmediumströmungskanal der ersten und zweiten Wärmeableitungsplatte erstrecken, um darin fließende Kühlmedien mit unterschiedlichen Strömungsraten oder unterschiedlichen Flüssen auf den Kühlmediumströmungskanal zu übertragen.
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Stand der Technik
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP H02- 271 560 A
- Patentliteratur 2: JP 2005 - 302 898 A
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Zusammenfassung
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Technisches Problem
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In dem Fall, bei dem eine Vielzahl von Halbleiterelementen, die Wärme erzeugen, mit einem Kühlmittel gekühlt werden, ist es bevorzugt, dass die Temperatur von einem bestimmten der Halbleiterelemente davon abgehalten wird, hoch zu werden, und dass Abweichungen zwischen Temperaturen der Halbleiterelemente reduziert werden. Jedoch wird beispielsweise in dem Fall, bei dem ein Kühlmittel, das zum Kühlen eines bestimmten der Halbleiterelemente verwendet worden ist, zum Kühlen eines weiteren verwendet wird, das zuerst gekühlte Halbleiterelement ausreichend gekühlt, aber das später gekühlte Halbleiterelement wird nicht ausreichend gekühlt. Demzufolge hat es ein Problem gegeben, dass Abweichungen zwischen Temperaturen der Halbleiterelemente groß werden.
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Die vorliegende Erfindung ist geschaffen worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleiteranordnung bereitzustellen, die Abweichungen zwischen Temperaturen einer Vielzahl von Halbleiterelementen reduzieren kann.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
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Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unten offenbart.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Bei der Erfindung wird ungenutztes Kühlmittel jedem einer Vielzahl von Halbleiterelementen zugeführt. Demzufolge können Abweichungen zwischen den Temperaturen der Halbleiterelemente reduziert werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Explosionsdarstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 1.
- 2 ist eine Draufsicht, die den Kühlmantel und den Separator zeigt.
- 3 ist eine Querschnittdarstellung, genommen entlang Linie III-III aus 2.
- 4 ist eine Querschnittdarstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einem Vergleichsbeispiel.
- 5 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Separator und dergleichen gemäß einem abgewandelten Beispiel zeigt.
- 6 ist eine Draufsicht des Separators aus 5.
- 7 ist eine Draufsicht, die einen Kühlmantel und einen Separator einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 2 zeigt.
- 8 ist eine Querschnittdarstellung, genommen entlang Linie VIII-VIII aus 7.
- 9 ist eine perspektivische Darstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 3.
- 10 ist eine perspektivische Darstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 4.
- 11 ist eine Darstellung, die den Hardware-Aufbau des Controllers zeigt.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Halbleiteranordnungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dieselben oder entsprechende Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen versehen, und die Wiederholung einer Beschreibung davon kann weggelassen sein.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist eine Explosionsdarstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. Die Halbleiteranordnung umfasst eine Basisplatte 10, die aus Metall hergestellt ist. Die Basisplatte 10 hat Isoliersubstrate 12 und 16, die darauf vorhanden sind. Es sind drei Isoliersubstrate 12 in der y-Richtung und drei Isoliersubstrate 16 in der y-Richtung angeordnet. Jedes der Isoliersubstrate 12 und 16 hat Metallstrukturen an Ober- und Unterseiten. Die Metallstrukturen an den Unterseiten der Isoliersubstrate 12 und 16 sind mit Lot an der Basisplatte 10 fixiert. Halbleiterelemente 14a und 14b sind mit Lot an den Metallstrukturen an den Oberseiten der Isoliersubstrate 12 fixiert. Die Halbleiterelemente 14a sind beispielsweise IGBTs, und die Halbleiterelemente 14b sind beispielsweise Dioden. Die drei Halbleiterelemente 14a und die drei Halbleiterelemente 14b werden kollektiv als ein erstes Halbleiterelement 14 bezeichnet.
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Halbleiterelemente 18a und 18b sind mit Lot an den Metallstrukturen an den Oberseiten der Isoliersubstrate 16 fixiert. Die Halbleiterelemente 18a sind beispielsweise IGBTs, und die Halbleiterelemente 18b sind beispielsweise Dioden. Die drei Halbleiterelemente 18a und die drei Halbleiterelemente 18b werden kollektiv als ein zweites Halbleiterelement 18 bezeichnet. Auf diese Weise sind das erste Halbleiterelement 14 und das zweite Halbleiterelement 18 an der Basisplatte 10 vorhanden. Die Halbleiteranordnung bildet als Ganzes einen dreiphasigen AC-Inverter. Das erste Halbleiterelement bildet ein Element eines oberen Zweigs, und das zweite Halbleiterelement 18 bildet ein Element eines unteren Zweigs.
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Die Basisplatte 10 hat Durchgangsbohrungen 19, die an vier Ecken davon ausgebildet sind. Schrauben 20 sind in die Durchgangsbohrungen 19 eingefügt. Die Basisplatte 10 hat Rippen 22, die an einer Rückseite davon ausgebildet sind. Die Rippen 22 sind beispielsweise stiftartige Rippen, die integral mit der Basisplatte 10 ausgebildet sind. Die Rippen 22 können parallele Rippen sein, die sich in der x-Richtung erstrecken. Die Rippen 22 sind an der gesamten Rückseite der Basisplatte 10 vorhanden, ausgenommen den Randbereichen der Basisplatte 10.
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Ein Separator 30 ist unterhalb der Rippen 22 angeordnet. Der Separator 30 ist zum Leiten eines Kühlmittels vorhanden. Der Separator 30 umfasst einen ersten Führungsabschnitt 30a und zweite Führungsabschnitte 30b und 30c. Der erste Führungsabschnitt 30a ist ein U-Rohr, das sich in der y-Richtung erstreckt. Der erste Führungsabschnitt 30a stellt einen Fließpfad 30d bereit, der sich in der y-Richtung erstreckt. Die zweiten Führungsabschnitte 30b und 30c sind plattenförmige Elemente, die mit oberen Enden des ersten Führungsabschnitts 30a verbunden sind. Es gibt einen Spalt 30e mit einer festen Breite zwischen dem zweiten Führungsabschnitt 30b und dem zweiten Führungsabschnitt 30c.
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Randabschnitte in der negativen y-Richtung des ersten Führungsabschnitts 30a und der zweiten Führungsabschnitte 30b und 30c bilden eine einzelne Oberfläche. Diese Oberfläche wird als eine erste Kontaktfläche 30A bezeichnet. Randabschnitte in der positiven y-Richtung des ersten Führungsabschnitts 30a und der zweiten Führungsabschnitte 30b und 30c bilden eine einzelne Oberfläche. Diese Oberfläche wird als eine zweite Kontaktfläche 30B bezeichnet.
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Ein Kühlmantel 50 ist unterhalb des Separators 30 angeordnet. Der Kühlmantel 50 hat eine Nut 50a, die in einer Oberseite davon ausgebildet ist, um einen Teil eines O-Rings 40 aufzunehmen. Der Kühlmantel 50 hat einen Einlass 50b für Kühlmittel und Auslässe 50c und 50d für Kühlmittel, die darin ausgebildet sind. Eine Fläche, die den Einlass 50b darin ausgebildet aufweist, wird als eine erste Fläche 50A bezeichnet, und eine Fläche, die die Auslässe 50c und 50d darin ausgebildet aufweist, wird als eine zweite Fläche 50B bezeichnet. Die erste Fläche 50A und die zweite Fläche 50B liegen einander gegenüber. Die erste Fläche 50A und die zweite Fläche 50B sind mit einer dritten Fläche 50C und einer vierten Fläche 50D verbunden.
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Der Kühlmantel 50 hat Schraubbohrungen 50g, die an vier Ecken davon vorhanden sind. Die Schrauben 20, die durch die Durchgangsbohrungen 19 der Basisplatte 10 geführt sind, werden in die Schraubbohrungen 50g geschraubt, um den O-Ring 40, der zwischen der Unterseite der Basisplatte 10 und der Oberseite des Kühlmantels 50 aufgenommen ist, elastisch zu verformen. Die elastische Verformung des O-Rings 40 kann verhindern, dass Kühlmittel durch einen Raum zwischen der Basisplatte 10 und dem Kühlmantel 50 ausläuft.
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2 ist eine Draufsicht, die den Kühlmantel 50 und den Separator 30, der innerhalb des Kühlmantels 50 angeordnet ist, zeigt. Der Separator 30 ist mit den Schrauben 32 an dem Kühlmantel 50 fixiert. Die erste Kontaktfläche 30A des Separators 30 ist im Kontakt mit der ersten Fläche 50A des Kühlmantels 50. Die zweite Kontaktfläche 30B des Separators 30 ist in Kontakt mit der zweiten Fläche 50B des Kühlmantels 50. Mit anderen Worten sind der erste Führungsabschnitt 30a und die zweiten Führungsabschnitte 30b und 30c in Kontakt mit der ersten Fläche 50A und der zweiten Fläche 50B.
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Ein Spalt 60 ist zwischen dem Separator 30 (zweiter Führungsabschnitt 30b) und der dritten Fläche 50C des Kühlmantels 50 vorhanden. Ein Spalt 62 ist zwischen dem Separator 30 (zweiter Führungsabschnitt 30c) und der vierten Fläche 50D des Kühlmantels 50 vorhanden.
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3 ist eine Querschnittdarstellung, genommen entlang Linie III-III aus 2. 3 zeigt die Basisplatte 10 und die Halbleiterelemente und dergleichen daran fixiert, und zeigt des Weiteren den Einlass 50b und die Auslässe 50c und 50d. Die Rippen 22, die an einem Abschnitt der Rückseite der Basisplatte 10 vorhanden sind, der direkt unter dem ersten Halbleiterelement 14 ist, werden als erste Rippen 22a bezeichnet. Die Rippen 22, die an einem Abschnitt an der Rückseite der Basisplatte 10 vorhanden sind, der direkt unter dem zweiten Halbleiterelement 18 ist, werden als zweite Rippen 22b bezeichnet. Alle Rippen 22, aufweisend die ersten Rippen 22a und die zweiten Rippen 22b, sind innerhalb des Kühlmantels 50. Spitzen der Kühlrippen 22a sind in Kontakt mit dem zweiten Führungsabschnitt 30b, und Spitzen der zweiten Rippen 22b sind in Kontakt mit dem zweiten Führungsabschnitt 30c.
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Der Kühlmittelfluss wird beschrieben. Das durch den Einlass 50b eintretende Kühlmittel wird in den Fließpfad 30d geleitet, der durch den ersten Führungsabschnitt 30a gebildet ist. Das Kühlmittel in dem Fließpfad 30d wird durch den Spalt 30e zu einem Raum zwischen den ersten Rippen 22a und den zweiten Rippen 22b geleitet. Dann bewegt sich ein Teil des Kühlmittels in die positive x-Richtung, und ein weiterer Teil des Kühlmittels bewegt sich in die negative x-Richtung. Das Kühlmittel, das sich in die negative x-Richtung bewegt, verläuft durch einen Raum zwischen dem zweiten Führungsabschnitt 30b und der Rückseite der Basisplatte 10, um die ersten Kühlrippen 22a zu kühlen. Das Kühlmittel, das sich in der positiven x-Richtung bewegt, verläuft durch einen Raum zwischen dem zweiten Führungsabschnitt 30c und der Rückseite der Basisplatte 10, um die zweiten Rippen 22b zu kühlen. Auf diese Weise führen die zweiten Führungsabschnitte 30b und 30c das Kühlmittel zwischen den ersten Rippen 22a und den zweiten Rippen 22b in Richtung der ersten Rippen 22a und der zweiten Rippen 22b.
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Das Kühlmittel, das die ersten Rippen 22a gekühlt hat, verläuft durch den Spalt 60 und wird durch den ersten Auslass 50c abgeführt. Das Kühlmittel, das die zweiten Rippen 22b gekühlt hat, verläuft durch den Spalt 62 und wird durch den zweiten Auslass 50d abgeführt. Da die erste Kontaktfläche 30A und die zweite Kontaktfläche 30B des Separators 30 jeweils in Kontakt mit der ersten Fläche 50A und der zweiten Fläche 50B des Kühlmantels 50 gebracht sind, gibt es keinen weiteren Fließpfad als die beiden oben beschriebenen Fließpfade.
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Zum Erleichtern des Verständnisses von Merkmalen der Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird ein Vergleichsbeispiel beschrieben. 4 ist eine Querschnittdarstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einem Vergleichsbeispiel. Bei dieser Halbleiteranordnung kühlt das Kühlmittel, das die ersten Rippen 22a gekühlt hat, die zweiten Rippen 22b. Demzufolge wird das zweite Halbleiterelement 18 nicht ausreichend gekühlt. Dies macht die Temperatur des zweiten Halbleiterelements 18 höher als die Temperatur des ersten Halbleiterelements 14.
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Derweil wird das Kühlmittel, das durch den einzelnen Einlass 50b in den Kühlmantel 50 eintritt, bei der Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wie in 3 gezeigt, durch den Separator 30 in zwei Teile aufgeteilt, und die beiden Teile kühlen die ersten Rippen 22a bzw. die zweiten Rippen 22b. Demzufolge werden das erste Halbleiterelement 14 und das zweite Halbleiterelement 18 immer mit Kühlmittel versorgt, das die gleichen Temperaturen aufweist, und Abweichungen zwischen den Temperaturen davon können reduziert werden. Insbesondere sind bei einer Halbleiteranordnung, bei der ein oberer und ein unterer Zweig verwendet werden, um einen Inverter-Betrieb zu ermöglichen, die in dem oberen und dem unteren Zweig erzeugten Wärmemengen annähernd gleich. Somit können Abweichungen zwischen den Temperaturen der Halbleiterelemente durch Versorgen der ersten Rippen 22a und der zweiten Rippen 22b mit annähernd den gleichen Kühlmittelmengen reduziert werden.
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Beispielsweise umfasst eine Halbleiteranordnung für ein Hybridfahrzeug ein Schutzsystem, das die Temperaturen einer Vielzahl von Halbleiterelementen individuell überwacht und das eine Beschränkung für den Lastfaktor des Moduls (Halbleiteranordnung) einbringt, wenn die Temperatur von einem der Halbleiterelemente eine vorgegebene Temperatur überschreitet. On-Chip-Temperatursensoren, die Dioden verwenden, werden häufig zum Messen der Temperaturen der Halbleiterelemente verwendet. In dem Fall, bei dem die Temperatur eines bestimmten der Halbleiterelemente so hoch wird, wie bei dem Vergleichsbeispiel, arbeitet das Schutzsystem regelmäßig, und das Modul kann nicht ausreichend seine Energieversorgungsfähigkeit ausüben. In einem solchen Fall tritt eine Lastschaltung vom Motorantrieb zum Maschinenantrieb früher auf, und die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs ist beschränkt.
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Die Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für Anwendungen in solchen Hybridfahrzeugen geeignet. Die Häufigkeit des Betriebs des Schutzsystems kann durch Reduzierung von Abweichungen zwischen den Temperaturen einer Vielzahl von Halbleiterelementen reduziert werden, wie bei der Halbleiteranordnung von Ausführungsbeispiel 1. Dies macht es möglich, die Energieversorgungsfähigkeit des Moduls zu reduzieren, die Größe des Moduls zu reduzieren und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
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Da jeder Teil des Kühlmittels dazu verwendet wird, die ersten Rippen 22a oder die zweiten Rippen 22b zu kühlen, kann der Verlust der Durchflussrate des Kühlmittels eliminiert werden. Da der Separator 30 mit Schrauben an dem Kühlmantel 50 fixiert ist, kann der Separator 30 davon abgehalten werden, innerhalb des Kühlmantels 50 verlagert zu werden.
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Der Separator 30 kann irgendein Separator sein, solange der Separator innerhalb des Kühlmantels 50 vorhanden ist und das durch den Einlass 50b in den Kühlmantel 50 eintretende Kühlmittel in zwei Teile aufteilt, die die ersten Rippen 22a bzw. die zweiten Rippen 22b kühlen. Der Separator kann verschiedene Formen haben. 5 ist eine Querschnittdarstellung, die einen Separator und dergleichen gemäß einem abgewandelten Beispiel zeigt. Dieser Separator hat einen ersten Spalt 30f zum Leiten von Kühlmittel in Richtung der ersten Rippen 22a und einen zweiten Spalt 30g zum Leiten von Kühlmittel in Richtung der zweiten Rippen 22b. 6 ist eine Draufsicht des Separators aus 5. Es sei angemerkt, dass der Separator zwei oder mehrere Komponenten umfassen kann.
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Die Anzahl von Auslässen, die an dem Kühlmantel 50 ausgebildet sind, ist nicht auf zwei begrenzt. Beispielsweise kann das Kühlmittel, das durch den Spalt 60 aus 3 verläuft, durch zwei Auslässe abgeführt werden, und das Kühlmittel, das durch den Spalt 62 verläuft, kann durch zwei Auslässe abgeführt werden. Während die Spitzen der ersten Rippen 22a und die Spitzen der zweiten Rippen 22b in Kontakt mit den zweiten Führungsabschnitten 30b und 30c sind, kann des Weiteren dazwischen ein kleiner Spalt gegeben sein. Das erste Halbleiterelement 14 und das zweite Halbleiterelement 18 können irgendwelche Halbleiterelemente sein, die Wärme erzeugen, wenn Ströme hindurchgeführt werden, und sind nicht auf IGBTs und Dioden eingeschränkt. Zudem ist die Anzahl von Elementen, die das erste Halbleiterelement 14 bilden, und die Anzahl von Elementen, die das zweite Halbleiterelement 18 bilden, ebenso nicht besonders eingeschränkt.
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Diese Abwandlungen können ebenso auf Halbleiteranordnungen gemäß den unten genannten Ausführungsbeispielen angewendet werden. Es sei angemerkt, dass die Halbleiteranordnungen gemäß den unten genannten Ausführungsbeispielen viele Dinge mit demjenigen von Ausführungsbeispiel 1 gemeinsam haben, weshalb Unterschiede zu Ausführungsbeispiel 1 hauptsächlich beschrieben werden.
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Ausführungsbeispiel 2
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7 ist eine Draufsicht, die einen Kühlmantel und einen Separator einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 2 zeigt. Der Spalt 62 hat eine größere Breite als diejenige des Spalts 60. 8 ist eine Querschnittdarstellung, genommen entlang Linie VIII-VIII aus 7. 8 zeigt eine Basisplatte und Halbleiterelemente und dergleichen, die daran fixiert sind. Da der Spalt 62 eine größere Breite als diejenige des Spalts 60 aufweist, ist die Kühlmittelmenge, die den zweiten Rippen 22b zugeführt wird, größer als die Kühlmittelmenge, die den ersten Rippen 22a zugeführt wird. Bei Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass die Wärmemenge, die durch das zweite Halbleiterelement 18 erzeugt wird, größer ist als die Wärmemenge, die durch das erste Halbleiterelement 14 erzeugt wird. Das zweite Halbleiterelement 18, das eine größere Wärmemenge erzeugt, wird durch eine Erhöhung der Kühlmittelmenge, die den zweiten Rippen 22b zugeführt wird, gekühlt. Somit werden Abweichungen zwischen den Temperaturen des ersten Halbleiterelements 14 und des zweiten Halbleiterelements 18 reduziert.
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Beispielsweise werden während des Spannungsaufbau-Energieversorgungsbetriebs eines DC-DC-Konverters aufgrund von Schaltverlusten die Elementtemperaturen von IGBTs eines unteren Zweigs höher als die Elementtemperaturen von Dioden eines oberen Zweigs. In dem Fall, bei dem ein Ungleichgewicht zwischen den Wärmemengen, die durch Elemente des oberen und des unteren Arms erzeugt werden, wie oben beschrieben vorab bekannt ist, können Abweichungen zwischen den Temperaturen einer Vielzahl von Halbleiterelementen durch Anpassen der Breiten der Spalte 60 und 62 reduziert werden. Es sei angemerkt, dass die Größen der Spalte entsprechend Ansteuerbedingungen von Halbleiterelementen angemessen optimiert werden.
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Um die Durchflussrate des Kühlmittels zum Kühlen der zweiten Rippen 22b höher zu machen als die Durchflussrate des Kühlmittels zum Kühlen der ersten Rippen 22a, ist es wichtig, dass die Breite des Spalts 62 größer gemacht wird als die Breite des Spalts 60. Die Form des Separators kann vielfältig abgewandelt werden, solange die Breite des Spalts 62 größer als die Breite des Spalts 60 ist. Beispielsweise kann bei dem Separator aus 5 die Breite des Spalts zwischen dem zweiten Führungsabschnitt 30c und der Seitenfläche des Kühlmantels 50 größer gemacht werden als die Breite des Spalts zwischen dem zweiten Führungsabschnitt 30b und der Seitenfläche des Kühlmantels 50. In diesem Fall müssen die Breite des zweiten Spalts 30g und die Breite des ersten Spalts 30f nicht notwendigerweise gleich sein, und können frei festgelegt werden.
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Ausführungsbeispiel 3
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9 ist eine perspektivische Darstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 3. Das erste Halbleiterelement 14 umfasst ein Halbleiterelement 14c, das einen darin ausgebildeten On-Chip-Temperatursensor aufweist. Ein Abschnitt (On-Chip-Sensor) des ersten Halbleiterelements 14, der die Temperatur davon misst, wird als ein erster Temperaturmessabschnitt bezeichnet. Das zweite Halbleiterelement 18 umfasst ein Halbleiterelement 18c, das einen darin ausgebildeten On-Chip-Temperatursensor aufweist. Ein Abschnitt (On-Chip-Sensor) des zweiten Halbleiterelements 18, das die Temperatur davon misst, wird als ein zweiter Temperaturmessabschnitt bezeichnet. Der erste Temperaturmessabschnitt und der zweite Temperaturmessabschnitt können anders ausgebildet sein als On-Chip-Temperatursensoren.
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Ein erster Regulator 150 ist an einer Leitung 50e zum Leiten des Kühlmittels nach außen, das durch den ersten Auslass 50c abgeführt wird, befestigt. Der erste Regulator 150 stellt die Kühlmittelmenge ein, das durch den ersten Auslass 50c abgeführt wird. Ein zweiter Regulator 152 ist an einer Leitung 50f zum Leiten des Kühlmittels nach außen, das durch den zweiten Auslass 50d abgeführt wird, befestigt. Der zweite Regulator 152 stellt die Menge des Kühlmittels ein, das durch den zweiten Auslass 50d abgeführt wird. Eine Steuer- und/oder Regeleinheit 154 zum Steuern und/oder Regeln des ersten Regulators 150 und des zweiten Regulators 152 ist mit dem ersten Regulator 150 und dem zweiten Regulator 152 verbunden.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit 154 steuert und/oder regelt den ersten Regulator 150, um die Menge des durch den ersten Auslass 50c abgeführten Kühlmittels zu erhöhen, wenn die Temperatur, die durch den ersten Temperaturmessabschnitt gemessen wird, höher ist als die Temperatur, die durch den zweiten Temperaturmessabschnitt gemessen wird. Derweil steuert und/oder regelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 154 den zweiten Regulator 152, um die Menge des durch den zweiten Auslass 50d abgeführten Kühlmittels zu erhöhen, wenn die Temperatur, die durch den zweiten Temperaturmessabschnitt gemessen wird, höher ist als die Temperatur, die durch den ersten Temperaturmessabschnitt gemessen wird. Dies verhindert, dass die Temperatur von einem Halbleiterelement höher wird als diejenige des Halbleiterelements, und reduziert Abweichungen zwischen den Temperaturen der Halbleiterelemente.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit 154 steuert und/oder regelt vorzugsweise den ersten Regulator 150 und den zweiten Regulator 152 derart, dass die Summe aus der Menge des Kühlmittels, das durch den ersten Auslass 50c abgeführt wird, und der Menge des Kühlmittels, das durch den zweiten Auslass 50d abgeführt wird, konstant gehalten werden kann. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad des ersten Regulators 150 als auch derjenige des zweiten Regulators 152 normalerweise (zuerst) auf denselben Öffnungsgrad von nicht mehr als 100% festgelegt. Durch das Konstanthalten der Summe der Öffnungsgrade der beiden Regulatoren mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 154, kann ein Kühlmitteldruckverlust konstant gehalten werden. Dies macht es möglich, Laständerungen an einer Pumpe für das Kühlmittel, die durch Druckverluständerungen verursacht werden, zu verhindern, und reduziert Fehler der Pumpe.
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Ausführungsbeispiel 4
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10 ist eine perspektivische Darstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Ausführungsbeispiel 4. Der Öffnungsbereich des zweiten Auslasses 50d ist größer als der Öffnungsbereich des ersten Auslasses 50c. Zusammen mit diesem ist der Innendurchmesser der Leitung 50f größer gemacht worden als der Innendurchmesser der Leitung 50e. Die Kühlmittelmenge, die durch den zweiten Auslass 50d abgeführt wird, wird durch den Regulator 160 eingestellt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 154 steuert und/oder regelt den Regulator 160.
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Die Steuer- und/oder Regeleinheit 154 steuert und/oder regelt den Regulator 160, um die Menge des Kühlmittels, das durch den zweiten Auslass 50d abgeführt wird, zu reduzieren, wenn die Temperatur, die durch den ersten Temperaturmessabschnitt gemessen wird, höher als die Temperatur ist, die durch den zweiten Temperaturmessabschnitt gemessen wird. Dies erhöht die Menge des Kühlmittels, das durch den ersten Auslass 50c abgeführt wird, um die Kühlung des ersten Halbleiterelements 14 zu beschleunigen. Derweil steuert und/oder regelt die Steuer- und/oder Regeleinheit 154 den Regulator 160, um die Menge des Kühlmittels, das durch den zweiten Auslass 50d abgeführt wird, zu erhöhen, wenn die Temperatur, die durch den zweiten Temperaturmessabschnitt gemessen wird, höher ist als die Temperatur, die durch den ersten Temperaturmessabschnitt gemessen wird. Dies beschleunigt die Kühlung des zweiten Halbleiterelements 18. Somit können Abweichungen zwischen den Temperaturen einer Vielzahl von Halbleiterelementen durch Beschleunigung der Kühlung eines Halbleiterelements, das eine hohe Temperatur wie oben beschrieben aufweist, reduziert werden.
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Der Öffnungsbereich des zweiten Auslasses 50d ist größer als der Öffnungsbereich des ersten Auslasses 50c. Zusammen mit diesem ist der Innendurchmesser der Leitung 50f größer gemacht als der Innendurchmesser der Leitung 50e, wie in 10 gezeigt. Das Einstellen des Regulators 160, der an der großen Leitung 50f befestigt ist, kann die Durchflussrate stark ändern. Demzufolge können Temperaturabweichungen schnell eliminiert werden.
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Der Betrieb der bei den Ausführungsbeispielen 3 und 4 beschriebenen Steuer- und/oder Regeleinheit wird durch einen Prozessor in der Steuer- und/oder Regeleinheit durchgeführt. 11 ist eine Darstellung, die den Hardware-Aufbau der Steuer- und/oder Regeleinheit zeigt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit 154 umfasst einen Receiver 154a zum Empfangen von Informationen zu Temperaturen, die durch den ersten Temperaturmessabschnitt und den zweiten Temperaturmessabschnitt gemessen werden. Ein Prozessor 154b führt ein Programm aus, das in einem Speicher 154c gespeichert ist, um Details zum Steuern und/oder Regeln eines Regulators 160 (bei Ausführungsbeispiel 3, der Regulator 150 und der zweite Regulator 152) zu ermitteln. Die ermittelten Details zum Steuern und/oder Regeln werden durch eine Ausgabeeinheit 154d an den Regulator ausgegeben. Es sei angemerkt, dass der Prozessor 154b eine Auswertungsschaltung ist, wie beispielsweise eine CPU oder ein System-LSI. Die oben beschriebenen Funktionen können durch eine Vielzahl von Auswertungsschaltungen ausgeführt werden.
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Der Öffnungsbereich des zweiten Auslasses 50d und der Öffnungsbereich des ersten Auslasses 50c können gleich sein. Es sei angemerkt, dass die Merkmale der Halbleiteranordnungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen angemessen kombiniert werden können, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu verbessern.
- 10
- Basisplatte,
- 14
- erstes Halbleiterelement,
- 18
- zweites Halbleiterelement,
- 22
- Rippen,
- 22a
- erste Rippen,
- 22b
- zweite Rippen,
- 30
- Separator,
- 50
- Kühlmantel,
- 150
- erster Regulator,
- 152
- zweiter Regulator,
- 154
- Steuer- und/oder Regeleinheit,
- 160
- Regulator
