功率半导体器件的集成冷却模块制造技术

本发明专利技术涉及功率半导体器件的集成冷却模块。公开了具有至少一个功率半导体器件的半导体模块，其中，所述至少一个功率半导体器件具有第一和第二平面侧；第一导热基板，与所述功率半导体器件的第一平面侧进行热接触；第一冷却模块，限定第一腔，该第一腔与第一导热基板进行热接触，并且第一冷却模块与第一导热基板进行机械连接；第一进口，被提供在第一腔中用于接收冷却剂；第一出口，被提供在第一腔中用于排放所述冷却剂；其中，所述功率半导体器件与所述腔是防冷却剂隔离的。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件的集成冷却模块
本公开涉及与功率半导体器件集成的冷却模块，并且更特别地涉及集成液体冷却模块结构。
技术介绍
在从常规工业应用变化到家用电器应用等的宽泛的应用范围内利用诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块之类的功率半导体器件。在这些应用的许多应用中，在设备中产生热，并且可能需要从设备去除该产生的热。 通常，可用热沉从设备去除热。热沉可由导热材料构造而成，其可从设备吸收热且然后将热传递至周围环境。例如，包括柱鳍结构的热沉可直接地从功率半导体模块去除热。在更复杂的示例中，包括冷却柱鳍的热沉还可包括从功率半导体模块提取热的流体流系统。然而，冷却系统的成本由于冷却流体的利用也高度提高。例如，对于“六合一”模块封装而言，可能需要三个功率半导体模块用于将封装的一侧冷却，并且可能需要六个此类冷却模块用于将封装的两侧都冷却。在此类设计中，成本和重量变成首要的设计考虑。 冷却功率半导体器件的另一方法可涉及向冷却器施加热油脂以帮助从功率半导体器件耗散热。然而，利用的冷却器可能是昂贵的，并且此外，用这种方法，可能由于热油脂的高热阻而可能难以使热沉充分地从功率半导体器件耗散热。另外，向冷却器平坦且光滑地施加热油脂膏可能是有问题的。 因此，在本领域中需要提供一种用于以低成本、轻重量和容易的安装来提供用于功率半导体器件的冷却模块。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，公开了一种半导体模块，具有:至少一个功率半导体器件，其中，所述至少一个功率半导体器件具有第一和第二平面侧；第二导热基板，与功率半导体器件的第一平面侧进行热接触；第一冷却模块，限定第一腔，该第一腔与第一导热基板进行热接触，并且第一冷却模块与第一导热基板机械相连；第一进口，被提供在第一腔中用于接收冷却剂；第一出口，被提供在第一腔中用于排放所述冷却剂；其中，功率半导体器件与腔是防冷却剂隔离的。功率半导体器件包括与二极管并联的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。第一导热基板是直接铜结合(DCB)基板或直接铝结合(DAB)基板。第一冷却模块由防冷却剂材料、例如塑料构成。冷却剂由气体、液体(例如水)以及气体、液体和固体的混合物中的一种构成。半导体模块还包括由注模填料构成的中间层，其中嵌入了功率半导体器件。此外，被模塑到中间层中的锚定件形成冷却模块与中间层之间的机械连接。 根据本公开的另一方面，公开的半导体模块还具有:至少一个导热隔离物，被嵌入中间层中，该导热隔离物具有第一和第二平面侧，其中，导热隔离物的第一平面侧被结合到功率半导体器件的第二平面侧；第二导热基板，与导热隔离物的第二平面侧进行热接触；第二冷却模块，限定第二腔，第二腔与第二导热基板进行热接触，并且第二冷却模块与第二导热基板进行机械连接；以及第二进口，被提供在第二腔中用于接收冷却剂；第二出口，被提供在第二腔中用于排放冷却剂。该中间层形成与导热隔离物的第二平面侧共面的表面。第二导热基板是直接铜结合(DCB)基板或直接铝结合(DAB)基板。第二冷却模块由防冷却剂材料、例如塑料构成。冷却剂由气体、液体(例如水)以及气体、液体和固体的混合物中的一种构成。 根据本公开的另一方面，半导体模块的第一进口、第一出口、第二进口和第二出口中的至少一个连接到泵。第一冷却模块和第二冷却模块中的至少一个包含冷却鳍。可替换地，第一冷却模块和第二冷却模块中的至少一个包含多个通道壁。 根据本公开的一方面，公开了一种用于产生具有冷却模块的功率半导体器件的方法，包括:在导热基板的第一侧提供功率半导体器件，其中，导热基板具有第一周界；将冷却模块机械地连接在导热基板的第二侧，其中，冷却模块具有在从导热基板的第二侧到第一侧的方向上延伸的至少一个突出结构；以及将功率半导体器件嵌入注模填料中，其中，所述注模填料啮合至少一个突出结构的至少一部分，在物理上将冷却模块接合到导热基板成为单个封装，并在冷却模块与导热基板之间提供防冷却剂密封。 【附图说明】 附图不一定按比例，而是通常将重点放在说明本公开的原理上。出于说明本公开的目的，示出了本公开的附图方面。然而，应理解的是本公开不限于所示的精确布置和手段。在所述附图中:图1A示出了根据本公开的示例性实施例的功率半导体模块的截面图。 图1B示出了根据图1A中所示的示例性实施例的机械连接的详图。 图1C示出了根据本公开的示例性实施例的具有图1的双面冷却模块的功率半导体模块的透视图。 图2示出了根据本公开的另一示例性实施例的功率半导体模块的截面图。 图3示出了根据本公开的另一示例性实施例的功率半导体模块的截面图。 图4示出了根据本公开的示例性实施例的冷却模块部分的顶截面图。 图5示出了根据本公开的另一示例性实施例的冷却模块部分的顶截面图。 图6A是用于产生具有冷却模块的功率半导体模块的方法的流程图。 图6B是用于产生具有冷却模块的功率半导体模块的另一方法的流程图。 图7是用于产生具有冷却模块的功率半导体模块的方法的流程图。 【具体实施方式】 根据图1A，示出了根据本公开的示例性实施例的功率半导体模块的截面图。如图1A中所示的功率半导体模块100包括插入在两个冷却模块部分160b和160t之间的功率半导体部分150。功率半导体部分150被示为由具有顶侧132和底侧134的功率半导体103构成。顶侧132与隔离物106进行直接接触，并且底侧134被安装在基板IlOb上。通常，功率半导体103可以是与二极管104并联的绝缘栅双极晶体管(IGBT) 102中的一个或多个。然而，可使用预期将在操作期间产生多余热的任何电子部件或半导体。相应地，出于本公开的目的，将术语“功率半导体器件”或“半导体器件”理解成并入在封装中能够被找到的任何电子器件或半导体芯片。由于清楚性原因，在图1A中图示出局限于具有二极管104的一对IGBT 102的部件，然而在由半导体部分150限定的区域中可找到任何数目的部件，其仅仅受限于包括例如对布线133或其他模块间连接的适应之类的可用空间和实践考虑因素。 IGBT 102、二极管104和隔离物106被示为被以注模填料108与隔离物106的顶侧136形成共面表面109t的方式模塑到注模填料108中。基板IlOt被设置在表面109t上，被连接到隔离物106的顶侧和共面表面并与之进行热接触。冷却模块部分160t位于邻近于表面109t的基板IlOt之上且同样地与基板IlOt进行热接触。同样地，冷却模块部分160b位于基板IlOb下面并与之进行热接触。在所示的配置中，IGBT 102和二极管104可直接接触基板110b，结果是冷却模块部分160t和160b分别与功率半导体模块100的热产生部件进行热接触。 每个冷却模块部分160b或160t由被结合到基板IlOb和IlOt中的一个的冷却壳112t或112b (共同地为冷却壳112)构成。冷却壳112中的一者或两者被成形为在其内部114中形成中空液密包围体或被成形为分别地在一个开放侧Illt和Illb上使内部114暴露的盖。冷却壳112被示为被提供有一个或多个冷却剂进出口 118。冷却剂进出口 118被示为具有中空圆筒形或管状结构，所述中空圆筒形或管状结构一端向冷却壳112的内部114开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体模块，包括：至少一个热产生器件，其中，所述至少一个热产生器件具有第一和第二平面侧；第一导热结构，与所述热产生器件的第二平面侧进行热接触；第一冷却模块，限定第一腔，所述第一腔与所述第一导热结构进行热接触，并且所述第一冷却模块与所述第一导热结构进行机械连接；第一进口，被提供在所述第一腔中用于接收冷却剂；第一出口，被提供在所述第一腔中用于排放所述冷却剂；其中，所述热产生器件与所述腔是防冷却剂隔离的。

【技术特征摘要】
2013.03.28 US 13/8521411.一种半导体模块,包括: 至少一个热产生器件，其中，所述至少一个热产生器件具有第一和第二平面侧； 第一导热结构，与所述热产生器件的第二平面侧进行热接触； 第一冷却模块，限定第一腔，所述第一腔与所述第一导热结构进行热接触，并且所述第一冷却模块与所述第一导热结构进行机械连接； 第一进口，被提供在所述第一腔中用于接收冷却剂； 第一出口，被提 供在所述第一腔中用于排放所述冷却剂； 其中，所述热产生器件与所述腔是防冷却剂隔离的。2.权利要求1的半导体模块，其中，所述热产生器件是功率半导体器件。3.权利要求2的半导体模块，其中，所述功率半导体器件包括与二极管并联的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。4.权利要求1的半导体模块，其中，所述第一导热结构是来自直接铜结合(DCB)基板和直接铝结合(DAB)基板的基板中的一个。5.权利要求1的半导体模块，其中，所述第一冷却模块由防冷却剂材料构成。6.权利要求1的半导体模块，其中，所述第一冷却模块由塑料构成。7.权利要求1的半导体模块，其中，所述冷却剂由气体、液体和气体、液体与固体的混合物中的一种构成。8.权利要求1的半导体模块，其中，所述冷却剂由水构成。9.权利要求1的半导体模块，还包括中间层，其中，所述热产生器件被嵌入其中。10.权利要求9的半导体模块，其中，所述机械连接至少包含被模塑到所述中间层中的锚定件。11.权利要求9的半导体模块，其中，所述中间层由注模填料构成。12.权利要求9的半导体模块，还包括: 至少一个导热隔离物，其被嵌入所述中间层中，所述导热隔离物具有第一和第二平面侦牝其中，所述导热隔离物的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：A施瓦茨，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE