(57)【要約】      （修正有）【課題】パワー半導体構成要素から液体により貫流されるパワー半導体装置の冷却体への良好な熱伝導を有し、冷却体が長期間に渡り確実に密閉されるパワー半導体装置を達成する。【解決手段】冷却体は第一及び第二の冷却ハウジング部材４，７を有し、第一の冷却ハウジング部材はそれを貫通する除去部を有し、冷却プレート５は除去部に配設され、第一及び第二の冷却ハウジング部材が、パワー半導体構成要素９から背けられた冷却体の面に空所が形成されるような形状を有し又互いにそのように配設され、冷却プレートが冷却プレートを取り囲む第一の溶接シーム１７を用いて第一の冷却ハウジング部材と接続され、第一の溶接シームが冷却プレートを第一の冷却ハウジング部材に対して密閉し、第二の冷却ハウジング部材は第一の冷却ハウジング部材と接続する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体モジュール（３）及び液体により貫流可能な冷却体（２）を有するパワー半導体装置において、
前記パワー半導体モジュール（３）が、電気導電性の導電路（１３）上に配設されているパワー半導体構成要素（９）を有して、
前記パワー半導体モジュール（３）が非導電性の絶縁層（６）及び冷却プレート（５）を有しており、
前記絶縁層（６）が前記導電路（１３）及び前記冷却プレート（５）の間に配設されており、
前記冷却体（２）が、第一の冷却ハウジング部材（４、４´）、及び、第二の冷却ハウジング部材（７、７´）を有しており、前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）は前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）を貫通する除去部（２５）を有しており、
前記冷却プレート（５）が前記除去部（２５）に配設されており、
前記第一及び第二の冷却ハウジング部材（４、４´、７、７´）が、前記パワー半導体構成要素（９）から背けられた前記冷却体（５）の面（Ｄ）に空所（１８）が形成されるような形状を有し、また互いにそのように配設されており、
前記冷却プレート（５）が、前記冷却プレート（５）の周りを取り囲む第一の溶接シーム（１７）を用いて、前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）と接続されており、
前記第一の溶接シーム（１７）が前記冷却プレート（５）を前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）に対して密閉し、
前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）が前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）と接続されていること、
を特徴とするパワー半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体装置において、
前記第一の溶接シーム（１７）が、前記冷却プレート（５）の水平方向の側面（１５）を、前記除去部（２５）を画定する前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）の水平方向の側面（１６）と接続することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパワー半導体装置において、
前記第一の溶接シーム（１７）が空所側に配されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のパワー半導体装置において、
前記第一の溶接シーム（１７）が、前記パワー半導体構成要素（９）に向けられた前記冷却体（２）の第一外面（Ａ）に配されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
前記除去部（２５）を画定する前記第一の冷却ハウジング部材（４）の水平方向の側面（１６）の一部（１６ａ）が、前記冷却プレート（５）の水平方向の前記側面（１５）の一部（１５ａ）に対応する形状を有ることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパワー半導体装置において、
前記冷却プレート（５）の水平方向の前記側面（１５）の前記一部（１５ａ）が、前記パワー半導体構成要素（９）に向けられた前記冷却プレート（５）の主面（１４）に対して、９１°から１１５°または８９°から６５°の角度（α）を有すること、及び、
前記除去部（２５）を画定する前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）の水平方向の前記側面（１６）の前記一部（１６ａ）が、前記パワー半導体構成要素（９）に向けられた前記冷却プレート（５）の前記主面（１４）に対して、前記冷却プレート（５）の水平方向の前記側面（１５）の前記一部（１５ａ）の前記パワー半導体構成要素（９）に向けられた前記冷却プレート（５）の前記主面（１４）に対する角度（α）と同一の角度（β）を有すること
を特徴とするパワー半導体装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
前記冷却プレート（５）が前記空所（１８）内で延びる冷却フィン及び／又は冷却ピン（１９）を有することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
前記第一の溶接シーム（１７、１７´）が、レーザー溶接シーム、電子ビーム溶接シーム、又は、摩擦攪拌溶接シームとして形成されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）が、前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の周りを取り囲む第二の溶接シーム（２２、２２´）を用いて、前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）に接続されており、その際、前記第二の溶接シーム（２２、２２´）が前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）を前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）に対して密閉することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のパワー半導体装置において、
前記第一の冷却ハウジング部材（４）が、前記第二の冷却ハウジング部材（７）を水平方向で取り囲み、その際、前記第二の溶接シーム（２２）が、前記第二の冷却ハウジング部材（７）の水平方向の側面（２０）を、前記第一の冷却ハウジング部材（４）の水平方向内側に存する側面（２１）と接続することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のパワー半導体装置において、
第二の溶接シーム（２２）が、前記パワー半導体構成要素（９）から背けられた前記冷却体（２）の前記第二の外側面（Ｂ）に、配設されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
前記第二の冷却ハウジング部材（７´）が、前記第一の冷却ハウジング部材（４´）から遠ざかるように突出する胴部（２８）を有し、その際、前記第二の溶接シーム（２２´）が、前記第二の冷却ハウジング部材（７´）の水平方向の前記側面（２０）を、前記パワー半導体構成要素（９）から背けられた前記第一の冷却ハウジング部材（４´）の第一主面（２９）と接続することを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１３】
請求項９から１２のいずれか一項に記載のパワー半導体装置において、
前記第二の溶接シーム（２２、２２´）が、レーザー溶接シーム、電子ビーム溶接シーム、又は、摩擦攪拌溶接シームとして形成されていること
ことを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１４】
パワー半導体装置を製造する方法において、以下の方法工程を有すること：
ａ）電気導電性の導電路（１３）上に配設されているパワー半導体構成要素（９）を有するパワー半導体モジュール（３）の準備、及び、第一の冷却ハウジング部材（４、４´）の準備、及び、前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の準備が行われ、その際、前記パワー半導体モジュール（３）が、非電気導電性の絶縁層（６）及び冷却プレート（５）を有しており、前記絶縁層（６）は前記導電路（１３）及び前記冷却プレート（５）の間に配設されており、また、前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）は、前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）を貫通する除去部（２５）を有していること、
ｂ）前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）の前記除去部（２５）内への、前記冷却プレート（５）の配設が行われること、
ｃ）前記冷却プレート（５）の前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）との溶接が、前記冷却プレート（５）の周りを取り囲み、前記冷却プレート（５）を前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）に対して密閉する、第一の溶接シーム（１７）が発生するように行われ、その際、前記冷却プレート（５）の前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）との当該溶接が、パワー半導体構成要素（９）から背けられている前記冷却プレート（５）の面（Ｄ）にて行われること、
ｄ）前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）に対する前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の配設が行われ、その際、前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）に対する前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の当該配設が、前記パワー半導体構成要素（９）から背けられた前記冷却プレート（５）の面（Ｄ）に空所（１８）が形成されるように、行われ、また、前記第一及び第二の冷却ハウジング部材（４、４´、７、７´）がそのような形状を有していること、及び
ｅ）前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）との接続が行われること
を特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）との接続が、前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）との溶接によって、行われ、前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）との当該溶接が、前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）が前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）の周りを取り囲む前記第二の溶接シーム（２２、２２´）を用いて前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）と接続され、その際前記第二の溶接シーム（２２、２２´）が前記第二の冷却ハウジング部材（７、７´）を前記第一の冷却ハウジング部材（４、４´）に対して密閉するように、実行されること、
と特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体装置に関するものである。加えて本発明は、パワー半導体装置を製造するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術から公知のパワー半導体装置では、一般的に、例えばパワー半導体スイッチやダイオードのような複数のパワー半導体構成要素が、一枚の基板上に配設されており、また、基板の導電層、並びに、ボンディングワイヤ及び／又はフィルム複合材料（フィルムコンポジット）を用いて、互いに導電的に接続されている。パワー半導体スイッチはその際、一般に、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴｓ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のようなトランジスタの形態で、存在する。
【０００３】
基板上に配設されたパワー半導体構成要素は、その際しばしば、単独の又は複数の所謂ハーフブリッジ回路に、導電的に接続されており、それらは、例えば電圧及び電流を順変換及び逆変換するために利用される。
【０００４】
パワー半導体装置の駆動時には、パワー半導体構成要素には、電気的な損失が発生し、これはパワー半導体構成要素の発熱を導く。パワー半導体装置構成要素を冷却するために、この分野において一般的なパワー半導体装置はしばしば、冷却液によって貫流される冷却体を有しており、これは熱伝導的にパワー半導体構成要素と連結されている。
【０００５】
特許文献１からは、除去部を有し、液体によって貫流される冷却体を備えること、及び、パワー半導体構成要素を有するパワー半導体モジュールの冷却プレートを除去部内に配設すること、が知られている。これにより、パワー半導体構成要素の冷却液に対する良好な熱排出が達成される。この場合、パワー半導体装置の通常長期間で想定される耐用年数に渡って、冷却液の漏れを確実に避けるために、冷却プレートが長期に渡り確実に冷却体に対して密閉されていなければならないことが不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２０１０  ０４３  ４４６  Ｂ３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、パワー半導体構成要素から、液体によって貫流されるパワー半導体装置の冷却体への、良好な熱伝導を有するパワー半導体装置にして、また、冷却体が長期間に渡って、確実に密閉されているようなパワー半導体装置を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、パワー半導体モジュール及び液体により貫流可能な冷却体を有する、以下の様なパワー半導体装置により解決される、つまり、パワー半導体モジュールが、導電性の導電路上に配設されているパワー半導体構成要素を有しており、パワー半導体モジュールが、非導電性の絶縁層及び冷却プレートを有しており、絶縁層が導電路と冷却プレートの間に配設されており、冷却体が第一の冷却ハウジング部材及び第二の冷却ハウジング部材を有し、その第一の冷却ハウジング部材が当該第一の冷却ハウジングを貫通する除去部（カットアウト部）を有しており、冷却プレートが除去部内に配設されており、第一及び第二の冷却ハウジング部材が、パワー半導体構成要素から背けられた冷却体の面（パワー半導体構成要素とは反対側の冷却体の面）に、空所が形成されるような形態を有しており、また、そのように互いに配設されており、冷却プレートが、冷却プレートの周りを取り囲む第一の溶接シームを用いて、第一の冷却ハウジング部材と接続されており、第一の溶接シームが冷却プレートを第一の冷却ハウジング部材に対して密閉しており、第二の冷却ハウジング部材が第一の冷却ハウジング部材と接続されているような、パワー半導体装置により解決される。
【０００９】
更に、この課題は、以下の方法工程を有する、パワー半導体装置を製造するための方法によって解決される：
ａ）電気導電性の導電路上に配設されているパワー半導体構成要素を有するパワー半導体モジュールの準備、及び、第一の冷却ハウジング部材の準備、及び、第二の冷却ハウジング部材の準備、が行われる工程、その際、パワー半導体モジュールは、非電気導電性の絶縁層及び冷却プレートを有しており、絶縁層は導電路及び冷却プレートの間に配設されており、また、第一の冷却ハウジング部材は、第一の冷却ハウジング部材を貫通する除去部を有している。
ｂ）第一の冷却ハウジング部材の除去部への冷却プレートの配設が行われる工程。
ｃ）冷却プレートの第一の冷却ハウジング部材との溶接が、冷却プレートの周りを取り囲み、冷却プレートを第一の冷却ハウジング部材に対して密閉する、第一の溶接シームが発生するように行われる工程にして、冷却プレートの第一の冷却ハウジング部材との当該溶接は、パワー半導体構成要素から背けられている冷却プレートの面にて行われる工程。
ｄ）第一の冷却ハウジング部材に対する第二の冷却ハウジング部材の配設が行われる工程にして、第一の冷却ハウジング部材に対する第二の冷却ハウジング部材の当該配設が、冷却プレートのパワー半導体構成要素から背けられた面に空所を形成するように、また、第一及び第二の冷却ハウジング部材がそのような形状を有するように行われる工程。
ｅ）第二の冷却ハウジング部材の第一の冷却ハウジング部材との接続が行われる工程。
【００１０】
本方法の有利な構成は、パワー半導体装置の有利な構成と類似しており、そして、逆もまた同様である。
【００１１】
本発明の有利な構成は、従属請求項からもたらされる。
【００１２】
第一の溶接シームが、冷却プレートの水平方向の側面（水平方向に存する側面）を、除去部を画定する第一の冷却ハウジング部材の水平方向の側面と接続する場合に、有利であることが明らかになった。これにより、冷却体の確実な密閉が保障される。
【００１３】
更に、第一の溶接シームが空所側に配設されている場合に、有利であることが明らかになった。本発明の意味では、空所側に配設された溶接シームとしては、空所の面から構成された溶接シームが理解されることが指摘される。これは以下の様な大きな利点を有している、つまり、第一の溶接シームの溶接の際に必要な大きな入熱が、冷却プレートのパワー半導体構成要素から背けられた面で行われ、従ってそれはパワー半導体構成要素の面では行われず、それにより第一の溶接シームの溶接の際に、精密なパワー半導体構成要素の損傷が確実に避けられる、という利点を有している。加えて、冷却プレートは、パワー半導体スイッチ及び導電路を、場合によっては溶接時に分離する液体材料から保護する。冷却プレートは、空間的に確実に溶接プロセスを、パワー半導体構成要素及び導電路から分離する。
【００１４】
更に、第一の溶接シームが、パワー半導体構成要素へ向けられた冷却体の第一の外側面に配されている場合に、有利であることが明らかになった。本発明の意味において、パワー半導体構成要素へ向けられた冷却体の第一の外側面に配された溶接シームとしては、パワー半導体構成要素に向けられた冷却体の第一の外側面から実施される溶接シームが、理解されることが指摘される。溶接プロセスの、パワー半導体スイッチ及び導電路からの、空間的な分離は、この場合は、与えられない。そのため、第二の冷却ハウジング部材の第一の冷却ハウジング部材との接続の後においてもまだ、第一の溶接シームを溶接を行うことが可能であり、これはパワー半導体装置の製造の高い柔軟性をもたらす。
【００１５】
更に、第一の冷却体部材の除去部を画定する水平方向の側面の一部が、冷却プレートの水平方向の側面の一部に対応する形状を有する場合に、有利であることが明らかになった。これにより、第一の冷却ハウジング部材に冷却プレートを容易かつ正確に配設することが可能となり、それにより冷却プレートの、そして、第一の冷却ハウジング部材との、正確な溶着が可能となる。
【００１６】
更に、冷却プレートの水平方向の側面の一部が、パワー半導体構成要素に向けられた冷却体の主面に対して、９１°から１１５°または８９°から６５°の角度を有し、また、除去部を画定する第一の冷却ハウジング部材の水平方向の側面の一部が、パワー半導体構成要素に向けられた冷却体の主面に対して、パワー半導体構成要素に向けられた冷却プレートの主面に対する冷却プレートの水平方向の側面の一部の角度と同じ角度を有する場合に、有利であることが明らかになった。これにより、第一の冷却ハウジング部材に冷却プレートを容易かつ非常に正確に配設することが可能となり、それにより冷却プレートの、そして、第一の冷却ハウジング部材との、非常に正確な溶着が可能となる。
【００１７】
更に、冷却プレートが空所内で延びる冷却フィン及び／又は冷却ピンを有する場合に、有利であることが明らかになった。これにより、冷却体を貫流する液体への、冷却プレートの非常に良好な熱伝導が達成される。
【００１８】
更に、第一の溶接シームが、レーザー溶接シーム、電子ビーム溶接シーム、又は、摩擦攪拌溶接シームとして形成されている場合に、有利であることが明らかになった。これにより、冷却プレートの第一の冷却ハウジング部材との確実でまた正確な接続が達成される。
【００１９】
更に、第二の冷却ハウジング部材が、第二の冷却ハウジング部材の周りを取り囲む第二の溶接シームを用いて、第一の冷却ハウジング部材と接続され、その際に第二の溶接シームが第二の冷却ハウジング部材を第一に冷却ハウジング部材に対して密閉する場合に、有利であることが明らかになった。これにより、第二の冷却ハウジング部材の第一の冷却ハウジング部材との、確実な接続が達成される。
【００２０】
更に、第一の冷却ハウジング部材が第二の冷却ハウジング部材を水平方向において取り囲み、その際に第二の溶接シームが第二の冷却ハウジング部材の水平方向の側面を、第一の冷却ハウジング部材の水平方向で内側に存する側面と、接続させる場合に、有利であることが明らかになった。これにより、第二の冷却ハウジング部材の第一の冷却ハウジング部材との、確実な接続が達成される。
【００２１】
更に、第二の溶接シームが、パワー半導体構成要素から背けられている冷却体の第二の外側面に配設されている場合に、有利であることが明らかになった。本発明の意味において、パワー半導体構成要素から背けられている冷却体の第二の外側面に配設されている第二の溶接シームとは、パワー半導体構成要素から背けられている冷却体の第二の外側面から実施された溶接シームとして理解されることが指摘される。これにより、第一及び第二の冷却体を外側から簡単に溶着することが可能となる。
【００２２】
更に、第二の冷却ハウジング部材が第一の冷却ハウジング部材から遠ざかるように突出する胴部を有し、その際に、第二の溶接シームが、第二の冷却ハウジング部材の水平方向の側面を、パワー半導体構成要素から背けられている第一のハウジング部材の第一の主面と接続させる場合に、有利であることが明らかになった。これにより、第二の冷却ハウジング部材の第一の冷却ハウジング部材との、確実な接続が達成される。
【００２３】
更に、第二の溶接シームが、レーザー溶接シーム、電子ビーム溶接シーム、又は、摩擦攪拌溶接シームとして形成されている場合に、有利であることが明らかになった。これにより、第二の冷却ハウジング部材の第一の冷却ハウジング部材との確実でまた正確な接続が達成される。
【００２４】
更に、第一の溶接シームと接している冷却プレートの側面領域及び第一の溶接シームと接している第一の冷却ハウジング部材の側面領域が、互いに同一平面上に配されている場合に、有利であることが明らかになった。これにより、冷却プレートの第一の冷却ハウジング部材との、特に確実でまた正確な接続が達成される。第一の溶接シームと接している冷却プレートの側面領域、及び、第一の溶接シームと接している第一の冷却ハウジング部材の側面領域は、有利には絶縁層に対して平行に延びている。
【００２５】
本発明の実施例は、図面に示されており、また、以下において詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従うパワー半導体装置の斜視図的な前面図を示す。
【図２】本発明に従うパワー半導体装置の断面図を示す。
【図３】冷却プレートが溶接固定されている第一の冷却ハウジング部材の斜視図的な背面図を示す。
【図４】本発明に従うパワー半導体装置の斜視図的な背面図を示す。
【図５】まだ組み立てられていない状態における本発明に従うパワー半導体装置の斜視図な前面図を示す。
【図６】本発明に従うパワー半導体装置の構成バリエーションの断面図を示す。
【図７】本発明に従う更なるパワー半導体装置の斜視図的な前面図を示す。
【図８】本発明に従う更なるパワー半導体装置の断面図を示す。
【図９】冷却プレートが溶接固定されている第一の冷却ハウジング部材の斜視図的な背面図を示す。
【図１０】本発明に従う更なるパワー半導体装置の斜視図的な背面図を示す。
【図１１】まだ組み立てられていない状態における本発明に従う更なるパワー半導体装置の斜視図的な前面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１、図２及び図４には、本発明に従うパワー半導体装置１が図示されており、図２及び残りの断面図には、パワー半導体装置１の、本発明を理解するために本質的である構成要素のみが図示されている。図３には、冷却プレート５が溶接固定されている第一の冷却ハウジング部材４の斜視図的な背面図が図示されている。図５には、まだ組み立てられていない状態における本発明に従うパワー半導体装置１の斜視図的な前面図が図示されている。本発明に従うパワー半導体装置は、少なくとも一つのパワー半導体モジュール３を有しており、その際、本発明に従うパワー半導体装置は複数のパワー半導体モジュール３を有していてもよく、実施例においては、３つのパワー半導体モジュール３を有している。個々のパワー半導体モジュール３は、電気導電性の導電路１３上に配設されているパワー半導体構成要素９を有している。導電路１３は、導電的で構造化された第一の導電層１３によって形成されている。パワー半導体構成要素９は、有利にははんだ金属層又は焼結金属層を介して、導電層１３と導電的に接続されている。個々のパワー半導体構成要素は、有利にはパワー半導体スイッチ又はダイオードの形態で存在する。パワー半導体スイッチは、有利には、例えばＩＧＢＴｓ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＴｓ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のような、トランジスタの形態で存在する。個々のパワー半導体モジュール３は、有利には第一の直流電圧負荷電流端子要素（first DC voltage load current terminal element）ＤＣ＋、及び、第二の直流電圧負荷電流端子要素（second DC voltage load current terminal element）ＤＣ−、及び、交流負荷端子要素（AC load terminal element）ＡＣを有しており、それらは有利にははんだ金属層又は焼結金属層を介して、第一の導電層３１と導電的に接続されている。図示されている実施例の枠内では、個々のパワー半導体モジュール３は、直流電圧負荷電流端子ＤＣ＋及びＤＣ−の間に供給（チャージ）された直流電圧から、直流負荷端子要素ＡＣにて、交流電圧を発生させる。更に個々のパワー半導体モジュール３は、実施例の枠内で、制御端子要素Ｓを有し、これはパワー半導体モジュール３のパワー半導体スイッチの制御端子に導電的に接続されている。
【００２８】
更に、個々のパワー半導体モジュール３は、非導電性の絶縁層６及び冷却プレート５を有しており、その際、絶縁層６は導電路１３及び冷却プレート５の間に配設されている。導電路１３は絶縁層６に接続されている。実施例の枠内において、絶縁層６と冷却プレート５の間には、導電性で、有利には非構造化された第二の導電層８が配設されており、これは絶縁層６と接続されている。絶縁層６は、有利にはセラミック体の形態で存在している。第一及び第二の導電層３１及び８、及び、絶縁層６は、有利には、銅を直接接合した基板（ＤＣＢ‐基板）によって、共同で形成されている。
【００２９】
この状況において、第一及び第二の導電層が単独の層から又は複数の互いに重なりあった層から構成され得ること、が指摘される。そのため、第一及び／又は第二の導電層は、例えば以下の様な銅層を有し得る、つまり例えば一種の貴金属（例えば銀）から又は複数の貴金属化合物からなる、単独又は複数の被覆層（コーティング）を有する銅層を有し得て、それは例えば、接着促進層及び／又は保護層として利用され得る。
【００３０】
冷却プレート５は有利にはアルミニウム（例えばＡｌ  ９９，５）から構成されており、また、そのパワー半導体構成要素９に向けられた面Ｃにて単独又は複数の互いに重なりあった層を用いて被覆されていてもよく、この層は例えば、それぞれ接着促進層として、及び／又は、保護層として利用され得る、及び／又は、絶縁層６と冷却プレート５の間の機械的応力を減少させるために利用され得る、なおこの機械的応力は、温度変化の際に、絶縁層６と冷却プレート５の異なる熱膨張率に基いて発生し得るものである。実施例の枠内において、冷却プレート５は、その絶縁層６に向けられた面Ｃにて、銅層１２を用いて被覆されており、それは再び例えば、特には貴金属層（例えば銀）のコーティングを用いて被覆されていてもよい。銅層１２は冷却プレート５及び絶縁層６の間、そして特には冷却プレートと第二の導電層８の間に配設されている。第二の導電層８は、好ましくはろう付け層又は焼結層によって、直接、又は、（冷却プレートがそのパワー半導体構成要素に向けられた面にて単独又は複数の互いに重なりあった層を用いて被覆されている場合は）間接的に、冷却プレート５と接続されている。第二の導電層８は、実施例の枠内では、ろう付け層又は焼結層を介して銅層１２と接続されている。
【００３１】
明瞭性のために、図２では、ろう付け層又は焼結層は図示されていない。更に、層の厚さ及びパワー半導体構成要素の厚さは、寸法的に正確に表されてはいないことを指摘する。
【００３２】
この状態において、冷却プレートが絶縁金属基板（ＩＭＳ）のアルミニウム体の形態で存在してもよいことを指摘する。
【００３３】
冷却プレート５は好ましくは、そのパワー半導体から背けられた面Ｄに、冷却フィン及び／又は冷却ピン１９を有している。
【００３４】
更に、パワー半導体装置１は、液体により貫流可能な冷却体２を有しており、これは第一の冷却ハウジング部材４及び第二の冷却ハウジング部材７を有している。第一の冷却ハウジング部材４は、個々のパワー半導体モジュール３のために、第一の冷却ハウジング部材４を貫通する個々の除去部２５（図５参照）を有しており、その際、個々のパワー半導体モジュール３の冷却プレート５は、個々の除去部２５内に配設されている。個々の冷却プレート２５の一部はその際、個々の除去部２５から突出してもよい。個々の冷却プレート５は個々の除去部２５を閉じている。第一及び第二の冷却ハウジング部材４及び７は、パワー半導体構成要素９から背けられた冷却プレート５の面Ｄに空所１８が形成されるような、形状を有しており、また、そのように互いに配設されている。第二の冷却ハウジング部材７は、第一の冷却ハウジング部材４と接続されている。液体が冷却体２を貫流しながら、それは空所１８を貫流する。冷却プレート５の熱は、液体に伝達され、液体によって排出される。
【００３５】
以下においては、パワー半導体モジュール３の配設、及び、パワー半導体モジュール３の第一の冷却ハウジング部材４との接続が、パワー半導体モジュール３の一つを用いて記載されており、その際、その他のパワー半導体モジュール３は、類似の方法で配設され、また、第一の冷却ハウジング部材４と接続されている。
【００３６】
パワー半導体モジュール３の冷却プレート５は、冷却プレート５の周りを取り囲む第一の溶接シーム１７を用いて、第一の冷却ハウジング部材４と接続されており、その際、第一の溶接シーム１７は、冷却プレート５を第一の冷却ハウジング部材４に対して密封する。第一の溶接シーム１７は、冷却プレート５の周りを閉じて取り囲むように延びている。
【００３７】
第一の溶接シーム１７はその際、有利には冷却プレート５の水平方向の側面１５を、除去部２５を画定する第一の冷却ハウジング部材４の水平方向の側面１６と接続する。
【００３８】
第一の溶接シーム１７は、有利には空所空間側のみ、すなわち、空所１８の面にのみ、配されている。第一の溶接シーム１７は、有利にはパワー半導体構成要素から背けられている冷却プレート５の面Ｄにのみ、配されている。第一の溶接シーム１７は、そのような様態では、空所の面からパワー半導体構成要素９に向けられた冷却体２の第一の外側面Ａへと、完全に貫いて延びてはいない。これは以下の様な大きな利点、つまり、第一の溶接シーム１７を溶接する際に必要となる大きな熱入力が、冷却プレート５のパワー半導体構成要素９から背けられた面Ｄにて行われるのであって、そして従って、パワー半導体構成要素９の面では行われなれず、それにより、第一の溶接シームの溶接の際に、精密なパワー半導体構成要素９が損傷することを、確実に避けることが出来る、という大きな利点を有している。加えて、冷却プレート５は、溶接の際に分離する液体金属から、パワー半導体スイッチ９及び導電路１３を保護する。冷却プレート５は従って、空間的に確実に、溶接プロセスを、パワー半導体構成要素及び導電路から分離する。更に、第一の溶接シームを空所側に配する場合には、冷却プレートと第一の冷却ハウジング部材の間に、空所１８からの液体が入り込むことの出来る隙間が残っていないことが保障されている、この液体が隙間内の停滞して残っていたとすると、これは冷却プレート又は第一の冷却ハウジング部材の腐食を導き得る。
【００３９】
これと選択的に、図６に図示するように、第一の溶接シーム１７は、パワー半導体構成要素に向けられた、冷却体２の第一の外側面Ａにのみ接続して配設されていてもよい。第一の溶接シーム１７はこの場合、パワー半導体構成要素９に向けられた冷却プレート５の面Ｃにのみ接続されている。そのような様態では、第一の溶接シーム１７は、パワー半導体構成要素９へ向けられた冷却体２の第一の外側面Ａから空所１８の面へと、完全に貫いて延びてはいない。パワー半導体構成要素９及び導電路１３からの溶接プロセスの空間的な分離は、この場合、与えられていない。その代わりとして、第二の冷却ハウジング部材７の第一の冷却ハウジング部材４との接続の後においても、第一の溶接シームの溶接を行うことが出来る、そしてそれは高い柔軟性をもってパワー半導体装置１の製造することを可能とする。
【００４０】
有利には、除去部２５を画定する第一の冷却ハウジング部材４の水平方向の側面１６の一部分１６ａは、冷却プレート５の水平方向の側面１５の一部分１５ａに対応する形状を有している。このために、有利には、冷却プレート５の水平方向の側面１５の一部分１５ａは、パワー半導体構成要素９に向けられた冷却プレート５の主面１４に対して、９１°から１１５°または８９°から６５°の角度αを有し、また、除去部２５を画定する第一の冷却ハウジング部材４の水平方向の側面１６の一部分１６ａは、パワー半導体構成要素９に向けられた冷却プレート５の主面１４に対して、冷却プレート５の水平方向の側面１５の一部分１５ａのパワー半導体構成要素９に向けられた冷却プレート５の主面１４に対する角度αと同じ角度である、角度βを有している。冷却プレート５の水平方向の側面１５の一部分１５ａと除去部２５を画定する第一の冷却ハウジング部材４の水平方向の側面１６の一部分１６ａの間には、有利には隙間が形成されている。
【００４１】
これと選択的に、例えば冷却プレートの水平方向の側面の一部分が第一の段状形状を有し、また、除去部を画定する第一の冷却ハウジング部材の水平方向の側面の一部分が第一の段状形状に対応する第二の段状形状を有していてもよい。
【００４２】
第一の溶接シーム１７の溶接は、有利にはレーザーを用いて行われ、それによって、第一の溶接シーム１７は有利にはレーザー溶接シームとして形成されている。選択的に、第一の溶接シーム１７の溶接は、例えば電子ビーム溶接を用いて行うことも出来ることから、それにより、第一の溶接シーム１７は、電子ビーム溶接シームとして形成されていてもよい。更に選択的に、第一の溶接シーム１７の溶接は、例えば摩擦攪拌溶接（摩擦攪拌接合）を用いて行うことも出来ることから、第一の溶接シーム１７は摩擦攪拌溶接シームとして形成されていてもよい。第一の溶接シームを形成するために、その他の溶接方法が利用可能であることは自明である。
【００４３】
冷却プレート５は有利には空所１８内で延伸する冷却フィン及び／又は冷却ピン１９を有している。
【００４４】
有利には、第二の冷却ハウジング７は、第二の冷却ハウジング７の周りを取り囲む第二の溶接シーム２２を用いて、第一の冷却ハウジング部材４と接続されており、その際、第二の溶接シーム２２は第二の冷却ハウジング部材７を第一の冷却ハウジング部材４に対して密閉する。第二の溶接シーム２２は第二の冷却ハウジング部材７の周りを閉じて取り囲むように延びている。
【００４５】
図１から６に従う実施例の枠内では、第一の冷却ハウジング部材４は第二の冷却ハウジング部材７を水平方向で取り囲んでおり、その際、第二の溶接シーム２２は、第二の冷却ハウジング部材７の水平方向の側面２０を、第一の冷却ハウジング部材４の水平方向において内側に位置する側面２１と接続する。第一の冷却ハウジング部材４は、冷却体２の水平方向の外壁（側壁）を形成する。第二の溶接シーム２２は、パワー半導体構成要素９から背けられた冷却体２の外面Ｂに配設されている。第二の溶接シーム２２は、そのような様態において、パワー半導体構成要素９に向けられた冷却体の第一の外面Ａの反対側に位置する冷却体の第二の外面Ｂに配設されている。
【００４６】
第二の溶接シーム２２の溶接は、有利にはレーザーを用いて行われるので、第二の溶接シーム２２は有利にはレーザー溶接シームとして形成されている。選択的に、第二の溶接シーム２２の溶接は、例えば電子ビーム溶接を用いて行うことも出来ることから、それにより、第二の溶接シーム２２は電子ビーム溶接シームとして形成されていてもよい。更に選択的に、第二の溶接シーム２２の溶接は、例えば摩擦攪拌溶接を用いて行うことも出来ることから、第二の溶接シーム２２は摩擦攪拌溶接シームとして形成されていてもよい。第二の溶接シームを形成するために、その他の溶接方法が利用可能であることは自明である。
【００４７】
第二の冷却ハウジング部材７は、有利には、そのパワー半導体構成要素９から背けられた面に、冷却フィン及び／又は冷却ピン２４を有している。
【００４８】
冷却体２は、更に有利には、液体往流流入開口部１０ａ、及び、液体往流流入開口部１０ａに対して一直線上に配設された液体往流流出開口部１０ｂ、並びに、液体復流流入開口部１１ａ、及び、液体復流流入開口部１１ａに対して一直線上に配設された液体往流流出開口部１０ｂ、を有している。パワー半導体装置の駆動時には、液体（例えば水）は、パワー半導体構成要素９を冷却するため、冷却体２の液体往流流入開口部１０ａに流れこむ。液体の一部は、液体往流流出開口部１０ｂを通って再び冷却体２から流れ、また、液体の残りの一部は冷却体２を通って、また特には空所１８を通って貫流し、そして、液体往流流出開口部１０ｂにて再び冷却体２から流れ出る。空所１８内への及び空所１８からの液体の流入及び流出は、連絡路を介して行われる、なお、図３では一つの連絡路２３のみが視認できる。液体往流流入開口部１０ａ、液体往流流出開口部１０ｂ、液体復流流入開口部１１ａ、及び、液体復流流出開口部１１ｂの配置は、パワー半導体装置システムに対して、複数の冷却体２を、或いは、複数の本願発明に従うパワー半導体装置１を、次々に並べて配設することを可能にする、その際、冷却体の個々に割り当てられた液体開口部は互いに接続されている。
【００４９】
図７、図８、及び、図１０には、本発明に従う更なるパワー半導体装置１´が表されており、図８では、本発明を理解するために、パワー半導体装置１´の本質的な構成要素のみが表されている。図９には、冷却プレート５が溶接固定されている第一の冷却ハウジング部材４´の斜視図的背面図が表されている。図１１には、未だに組み立てられていない状態のパワー半導体装置１´が表されている。パワー半導体装置１´はその際、パワー半導体装置１と同様に組み立てられ、第一及び第二の冷却ハウジング部材４´及び７´は、第一及び第二の冷却ハウジング部材４及び７とは変更された様態で、形成されている。図７から図１１においては、同一の構成要素に対しては、図１から図６と同一の符号が付されている。パワー半導体装置１´においては、第二の冷却ハウジング部材７´は、第一の冷却ハウジング部材４´から遠ざかるように突出する胴部２８を有しており、その際、第二の溶接シーム２２´は、第二の冷却部材７´の水平方向の側面２０を、パワー半導体構成要素９から背けられている第一の冷却部材４´の第一主面２９と、接続する。第一の冷却ハウジング部材４´は、第二の冷却ハウジング部材７´を水平方向で包囲してはいない。第二の冷却ハウジング部材７´は、パワー半導体構成要素９から遠ざかる方向で、第一の冷却ハウジング部材４´に並んで配設されている。
【００５０】
この状態において、第一の冷却ハウジング部材が、有利にはアルミニウム（例えばＡｌ９９，５）から、又は、有利には例えばＡｌＳｉ１０Ｍｇ−ＦやＡｌＭｇ４，５Ｍｎといったアルミニウム合金から、構成されること、が指摘される。更に、第二の冷却ハウジング部材が、有利にはアルミニウム（例えばＡｌ９９，５）から、又は、有利には例えばＡｌＳｉ１０Ｍｇ−ＦやＡｌＭｇ４，５Ｍｎといったアルミニウム合金から、構成されること、が指摘される。有利にはアルミニウム又はアルミニウム合金は、少なくともそれぞれの溶接シームの領域において、孔が僅かであるか、孔がない状態であることが望ましい。第一及び／又は第二の冷却ハウジング部材は各々、例えば鋳造された部材の形態、又は例えば深絞り加工された部材の形態であってもよい。
【００５１】
更に、第一及び第二の冷却ハウジング部材がそれぞれ、一体的に形成されていてもよいこと、又は、それぞれが互いに接続された部分から形成されていてもよい、ことが指摘される。
【００５２】
更に、有利には、第一の溶接シームと隣接している冷却プレートの側面領域と第一の溶接シームと隣接している第一の冷却ハウジング部材の側面領域とが互いに同一平面上で配設されていることが指摘される。第一の溶接シームと隣接している冷却プレートの側面領域、及び、第一の溶接シームと隣接している第一の冷却ハウジング部材の側面領域は、有利には、絶縁層に対して平行に延伸している。
【００５３】
更に、本発明の異なる実施例の特徴を、それらの特徴が互いに排他的でない限り、任意に互いに組み合わせられることは自明であることが指摘される。
【００５４】
以下においては、本発明に従うパワー半導体装置１或いは１´を製造するための方法について述べられる。
【００５５】
第一の方法工程では、電気導電性の導電路１３上に配設されているパワー半導体構成要素９を有するパワー半導体モジュール３の準備、及び、第一の冷却ハウジング部材４或いは４´の準備、及び、第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の準備が行われ、その際、パワー半導体モジュール３は、非電気導電性の絶縁層６及び冷却プレート５を有しており、絶縁層６は導電路１３及び冷却プレート５の間に配設されており、また、第一の冷却ハウジング部材４或いは４´は、第一の冷却ハウジング部材４或いは４´を貫通する除去部２５を有している。
【００５６】
更なる方法工程では、冷却ハウジング部材４或いは４´の除去部２５での冷却プレート５の配設が行われる。
【００５７】
更なる方法工程では、第一の冷却ハウジング部材４或いは４´との冷却プレート５の溶接が行われ、この溶接は、冷却プレート５の周りを取り囲み、冷却プレート５を第一の冷却ハウジング部材４或いは４´に対して密閉する、第一の溶接シーム１７が発生するように行われ、その際、この第一の冷却ハウジング部材４或いは４´との冷却プレート５の溶接は、パワー半導体構成要素９から背けられている冷却プレート５の面Ｄにて行われる。
【００５８】
更なる方法工程では、第一の冷却ハウジング部材４或いは４´に対する第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の配設が行われ、その際、この第一の冷却ハウジング部材４或いは４´に対する第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の配設は、パワー半導体構成要素９から背けられた冷却プレート５の面Ｄに空所１８が形成されるように行われ、また、第一及び第二の冷却ハウジング部材はそのような形状を有している。
【００５９】
更なる方法工程では、第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の第一の冷却ハウジング部材４或いは４´との接続が行われる。有利には、この第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の第一の冷却ハウジング部材４或いは４´との接続は、第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の第一の冷却ハウジング部材４或いは４´との溶接によるものであり、その際、この第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の第一の冷却ハウジング部材４或いは４´との溶接は、第二の冷却ハウジング部材７或いは７´が第二の冷却ハウジング部材７或いは７´の周りを取り囲む第二の溶接シーム２２或いは２２´を用いて第一の冷却ハウジング部材４或いは４´と接続され、その際第二の溶接シーム２２或いは２２´が第二の冷却ハウジング部材７或いは７´を第一の冷却ハウジング部材４或いは４´に対して密閉するように、実行される。
【符号の説明】
【００６０】
１、１´        パワー半導体装置
２              冷却体
３              パワー半導体モジュール
４、４´        第一の冷却ハウジング部材
５              冷却プレート
６              絶縁層
７、７´        第二の冷却ハウジング部材
９              パワー半導体構成要素
１３            導電路
１５、１６      水平方向の側面
１７            第一の溶接シーム
２５            除去部（カットアウト部）
【図１】
2015050465.tif 000003
【図２】
2015050465.tif 000004
【図３】
2015050465.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015050465.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015050465.tif 000009
【図８】
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【図９】
2015050465.tif 000011
【図１０】
2015050465.tif 000012
【図１１】
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