用于至少一个半导体模块的冷却组件、功率模块以及用于制造功率模块的方法技术

本公开涉及一种用于至少一个半导体模块(104)的冷却组件(105)，该半导体模块具有带有集成冷却结构的基板(108)。冷却组件(105)包括第一冷却器部件(121)和第二冷却器部件(122)，第一冷却器部件具有至少一个开口(118)和设置在第一冷却器部件(121)的第一侧上的至少一个附接点，第二冷却器部件设置在第一冷却器部件(121)的相反的第二侧上。至少一个开口(118)被构造成接收对应的半导体模块(104)的集成冷却结构，该对应半导体模块的基板(108)附接到第一冷却器部件(121)的第一侧上的至少一个附接点。第一和第二冷却器部件(121，122)由纤维增强聚合物材料制成并且以密封方式联接以在第一冷却器部件(121)的第二侧和第二冷却器部件(122)之间形成用于冷却剂(116)的腔体。本公开还涉及一种包括这种冷却组件的功率模块以及一种用于制造对应的功率模块的方法。一种用于制造对应的功率模块的方法。一种用于制造对应的功率模块的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于至少一个半导体模块的冷却组件、功率模块以及用于制造功率模块的方法


[0001]本公开涉及一种用于至少一个半导体模块的冷却组件，该至少一个半导体模块具有带有集成冷却结构的基板。本公开还涉及一种包括这种冷却组件以及至少一个半导体模块的功率模块以及一种用于制造功率模块的方法。

技术介绍

[0002]文献US 9,613,885 B2涉及一种包括多个分立模块和塑料壳体的冷却设备。每个模块均包括由模制化合物封装的半导体芯片、电连接到半导体芯片并从模制化合物突出的多个引线、以及由模制化合物至少部分地未覆盖的第一冷却板。塑料壳体包围每个模块的外围以形成多芯片模块。
[0003]文献US 2011/0316143 A1涉及一种半导体模块，其包括由树脂模制件制成的半导体单元。树脂模制件在其中形成冷却剂通路，冷却剂流动通过该冷却剂通路以冷却嵌入在树脂模制件中的半导体芯片。

技术实现思路

[0004]需要用于半导体模块的改进冷却组件，其易于制造和组装、重量轻并且允许对功率半导体芯片的高效冷却。
[0005]根据本公开的第一方面，提供了一种用于至少一个半导体模块的冷却组件，该半导体模块具有带有集成冷却结构的基板。冷却组件包括第一冷却器部件以及第二冷却器部件。该第一冷却器部件具有至少一个开口以及设置在第一冷却器部件的第一侧上的至少一个附接点，其中，至少一个开口被构造为接收对应的半导体模块的集成冷却结构，该对应的半导体模块的基板附接到第一冷却器部件的第一侧上的至少一个附接点。第二冷却器部件布置在第一冷却器部件的相反的第二侧上。第一冷却器部件和第二冷却器部件均由纤维增强聚合物材料制成并且以密封方式联接以在第一冷却器部件的第二侧和第二冷却器部件之间形成用于冷却剂的腔体。
[0006]上述冷却组件可以例如通过传统的注射模制工艺由轻质聚合物基材料较容易地形成。纤维增强聚合物材料的使用与高功率应用(例如汽车功率电子器件)中使用的冷却剂兼容。同时，集成的开口和至少一个附接点便于模块的简单组装。例如，仅第一冷却器部件、仅第二冷却器部件或第一冷却器部件和第二冷却器部件两者可以是注射模制的塑料部件。
[0007]根据至少一个实施例，第一冷却器部件或第二冷却器部件中的至少一个包括由玻璃纤维增强的聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)中的至少一种。例如，仅第一冷却器部件、仅第二冷却器部件、或第一冷却器部件和第二冷却器部件两者都可以包括上述材料中的一种或多种材料，该一种或多种材料是阻燃的、可以分别耐受高达200℃和140℃的温度并且与诸如乙二醇等典型冷却剂兼容。
[0008]根据至少一个实施例，第一冷却器部件或第二冷却器部件中的至少一个是层压碳
复合材料部件。例如，仅第一冷却器部件、仅第二冷却器部件或第一冷却器部件和第二冷却器部件两者均可以包括预浸渍复合纤维。这种材料既坚固又轻质，并且可以使用新型加工技术制造，例如高压釜外复合材料制造。
[0009]根据至少一个实施例，第一冷却器部件和第二冷却器部件通过塑料焊接联接或粘合剂粘合联接而联接。可替代地，也可以使用热粘合。这种联接易于制造并防止冷却剂从冷却组件泄漏。同时，由两个不同冷却器部件制造冷却组件允许提供相对复杂的壳体结构。
[0010]根据至少一个实施例，至少一个附接点包括用于附接螺钉的至少一个螺纹嵌体。(例如使用金属嵌件模制)将螺纹嵌体嵌入到第一冷却器部件中使得能够制造与由金属材料制成的传统冷却组件在很大程度上兼容的冷却组件。
[0011]根据至少一个实施例，至少一个附接点包括互锁结构，所述互锁结构被构造为接收粘合剂粘合线。互锁结构与粘合剂粘合线的组合使用允许补偿第一冷却器部件和至少一个半导体模块之间的侧向和竖直未对准。同时，可以在冷却组件的第一冷却器部件和附接到其上的半导体模块之间形成密封连接，从而无需在两个部件之间使用单独垫圈。
[0012]根据至少一个实施例，冷却组件还包括凹槽，其设置在第一冷却器部件的第一侧和基板中的一者中，所述凹槽分别包围至少一个开口以及集成冷却结构；以及垫圈，其设置在凹槽中且用于在第一冷却器部件和通过至少一个附接点附接至冷却组件的基板之间形成密封。这使得能够使用常规的O形环垫圈或新颖的原位成型(FIP)垫圈，例如在将常规半导体模块附接到所公开的冷却组件时。
[0013]根据本公开的第二方面，一种功率模块包括根据第一方面的冷却组件以及至少一个半导体模块，该半导体模块具有带有集成冷却结构的基板，其中，基板在至少一个附接点处附接到冷却组件，使得集成冷却结构穿过至少一个开口突出至腔体中。这种功率模块时轻质的且易于制造。
[0014]根据第三方面，公开了一种用于制造功率模块的方法。该方法包括以下步骤：
[0015]‑
由纤维增强聚合物材料形成第一冷却器部件，第一冷却器部件具有至少一个开口以及设置在第一冷却器部件的第一侧上的至少一个附接点；
[0016]‑
由纤维增强聚合物材料形成第二冷却器部件；
[0017]‑
通过塑料焊接或粘合剂粘合工艺将第一和第二冷却器部件联接以在第一冷却器部件的相反的第二侧和第二冷却器部件之间形成用于冷却剂的腔体；以及
[0018]‑
使用所述至少一个附接点将具有带有集成冷却结构的基板的至少一个半导体模块附接到所述第一冷却器部件的第一侧，使得所述集成冷却结构穿过至少一个开口突出到冷却组件的腔体中。
[0019]上述步骤使得能够使用模制工艺制造轻质功率模块。
[0020]如上文详述，本公开包括多个方面及其实施例。关于一个方面及其实施例描述的每个特征也在本文相对于其他方面公开，即使在特定方面的上下文中没有明确提及相应特征。此外，对于公开为包括第一特征A或第二特征B中的至少一个的实施例，其公开了第一实施例可以仅包括第一特征A，单独的第二实施例可以仅包括第二特征B，以及单独的第三实施例可以包括第一特征A和第二特征B。
附图说明
[0021]包括附图以提供进一步的理解。在附图中，相同结构和/或功能的元件可以用相同的附图标记表示。应当理解，图中所示的实施例是说明性表示并且不一定按比例绘制。
[0022]图1示意性地示出了穿过传统功率模块的第一横截面。
[0023]图2示意性地示出了穿过图1的功率模块的第二横截面。
[0024]图3示意性地示出了穿过根据本公开的实施例的功率模块的第一横截面。
[0025]图4示意性地示出了通穿过图3的功率模块的第二横截面。
[0026]图5示意性地示出了穿过根据本公开的另一实施例的功率模块的横截面。
[0027]图6示意性地示出了用于制造功率模块的方法。
具体实施方式
[0028]尽管本专利技术可修改为各种修改例和可替代形式，但其细节已在附图中以示例的方式示出并且将被详细描述。然而，应当理解，本专利技术的目的不是将本专利技术限制于所描述的特定实施例。相反，其意图是覆盖落入由所附权利要求限定的本专利技术范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于至少一个半导体模块(104)的冷却组件(105)，所述至少一个半导体模块具有带有集成冷却结构的基板(108)，所述冷却组件(105)包括：
‑
第一冷却器部件(121)，所述第一冷却器部件具有至少一个开口(118)以及设置在所述第一冷却器部件(121)的第一侧上的至少一个附接点，其中，所述至少一个开口(118)被构造成接收对应的半导体模块(104)的集成冷却结构，所述对应的半导体模块的基板(108)附接到所述第一冷却器部件(121)的第一侧上的至少一个附接点；以及
‑
第二冷却器部件(122)，所述第二冷却器部件设置在所述第一冷却器部件(121)的相反的第二侧上；其中，
‑
所述第一冷却器部件(121)和所述第二冷却器部件(122)由纤维增强聚合物材料制成并且以密封方式联接，以在所述第一冷却器部件(121)的第二侧和所述第二冷却器部件(122)之间形成用于冷却剂(116)的腔体。2.根据权利要求1所述的冷却组件(105)，其中，所述第一冷却器部件(121)或所述第二冷却器部件(122)中的至少一个冷却器部件是注射模制的塑料部件。3.根据权利要求1或2所述的冷却组件(105)，其中，所述第一冷却器部件(121)或所述第二冷却器部件(122)中的至少一个冷却器部件包括由玻璃纤维增强的聚苯硫醚PPS、聚碳酸酯PC和丙烯腈丁二烯苯乙烯ABS中的至少一种。4.根据权利要求1所述的冷却组件(105)，其中，所述第一冷却器部件(121)或所述第二冷却器部件(122)中的至少一个冷却器部件是层压碳复合材料部件。5.根据权利要求1或4所述的冷却组件(105)，其中，所述第一冷却器部件(121)或所述第二冷却器部件(122)中的至少一个冷却器部件包括预浸渍复合纤维。6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却组件(105)，其中，所述第一冷却器部件(121)和所述第二冷却器部件(122)通过塑料焊接联接或粘合剂粘合联接而联接。7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却组件(105)，其中，所述至少一个附接点包括用于附接螺钉(107)的螺纹嵌体(124)和构造成用于接收粘合剂粘合线(127)的互锁结构中的至少一者。8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却组件(105)，还包括：
‑
凹槽(120)，所述凹槽设置在所述第一冷却器部件(121)的第一侧和所述基板(108)中的一者中，所述凹槽(120)分别包围所述至少一个开口(118)以及所述集成冷却结构；以及
‑
垫圈，所述垫圈设置在所述凹槽(120)中且用于在所述第一冷却器部件(121)和通过所述至少一个附接点附接至所述冷却组件(105)的基板(108)之间形成密封。9.根据权利要求8所述的冷却组件(105)，其中，所述垫圈包括呈原位成型垫圈(119)或能够更换的垫圈形式的至少一个垫圈。10.一种功率模块(101)，包括：
‑
根据权利要求1至9中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：日立能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：