功率半导体部件制造技术

指定了一种功率半导体部件(1)，具有：至少两个功率半导体模块(2)，每个功率半导体模块连接到冷却结构(4)；和冷却室(3)，具有入口端口(11)和出口端口(12)，其中，冷却室(3)适合于冷却室(3)内的冷却剂物质从入口端口(11)到出口端口(12)的流动方向，至少两个冷却结构(4)中的每一者沿流动方向的方向连续地设置在冷却室(3)内，使得至少两个冷却结构(4)中的每一者在冷却室(3)中形成流阻区域(14)，冷却室(3)包括至少一个旁路区域(17)，至少一个旁路区域(17)平行连接到至少两个流阻区域(14)中更靠近入口端口(11)的至少一者，并且冷却室(3)适合于平行连接到至少一个旁路区域(17)且更靠近入口端口(11)的至少一个流阻区域(14)的流速，该流速小于至少两个流阻区域(14)中更靠近出口端口(12)的一者的流速。出口端口(12)的一者的流速。出口端口(12)的一者的流速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体部件


[0001]本专利技术涉及一种功率半导体部件。

技术介绍

[0002]电力电子业务中的一个关键问题是例如对多个功率半导体模块的冷却。冷却方式对功率半导体模块的每芯片电流额定值有相当大的影响，且因此对达到某个功率所需的芯片数量有相当大的影响。如果使用一个以上的功率半导体模块，则这些功率半导体模块可以以串联配置进行冷却。然而，在此类串联配置中，冷却剂的温度从冷却室的入口端口到出口端口而增加。因此，更靠近出口端口的最后一个半导体模块不如更靠近入口端口的第一个功率半导体模块那样被有效地冷却。另外，可能的是，在此类布置内，更靠近入口端口的功率半导体模块被过度冷却。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种具有改进的可靠性的功率半导体部件。
[0004]该目的通过独立权利要求的主题来实现。进一步的示例性实施例从从属权利要求和以下描述中显而易见。
[0005]本专利技术的第一方面涉及一种功率半导体部件。此处和下文中的术语“功率”例如是指适合于处理超过100V和/或超过10A的电压和电流(示例性电压高达1200V且电流为数百安培)的功率半导体部件、功率半导体模块和/或功率半导体芯片。
[0006]功率半导体部件具有例如主延伸平面。横向方向平行于主延伸平面对准，并且竖直方向垂直于主延伸平面对准。
[0007]根据本专利技术的实施例，功率半导体部件包括至少两个功率半导体模块，每个功率半导体模块连接到冷却结构。例如，每个功率半导体模块包括其上布置有冷却结构的底表面。
[0008]每个功率半导体模块例如直接接触冷却结构。替代地，结合层布置在每个功率半导体模块与冷却结构之间。冷却结构例如被配置成增加功率半导体模块的底表面的面积。示例性地，冷却结构被配置成在操作期间对功率半导体模块进行冷却。冷却结构包括例如铜或由例如铜组成。
[0009]示例性地，冷却结构由针状翅片形成。例如，针状翅片背向功率半导体模块。每个针状翅片由沿竖直方向延伸的支柱形成。例如，所有针状翅片都具有平行于竖直方向的公共延伸方向。
[0010]替代地，冷却结构由薄片形成。每个薄片沿竖直方向延伸，其具有背向功率半导体模块的尖端(tip)。进一步地，功率半导体模块中的一者的每个薄片在功率半导体模块的宽度或长度上沿横向方向延伸。
[0011]根据该实施例，功率半导体部件包括冷却室，该冷却室具有入口端口和出口端口。例如，冷却室包括盖、至少两个侧壁、前部、后部和底部，从而形成冷却腔。所述至少两个侧
壁沿横向方向连接，例如经由前部和后部。盖和底部沿竖直方向连接，例如经由所述至少两个侧壁、前部和后部。
[0012]示例性地，前部设置有入口端口，并且后部设置有出口端口。替代地，底部设置有入口端口和出口端口。例如，在靠近前部的区域中，底部设置有入口端口，并且在靠近后部的区域中，底部设置有出口端口。
[0013]根据功率半导体部件的实施例，冷却室适合于冷却室内的冷却剂物质从入口端口到出口端口的流动方向。例如，冷却室(例如，冷却腔)被配置成使得冷却剂物质可以从入口端口流过冷却室到达出口端口。
[0014]冷却剂物质的流动方向例如平行于冷却室的主延伸方向，即，沿着侧壁、盖和底部的主延伸方向。
[0015]示例性地，冷却物质从入口端口泵送通过冷却腔到达出口端口。冷却物质是例如液体冷却剂或气体冷却剂。示例性地，在功率半导体模块的操作期间产生的热量可以经由冷却物质有效地被消散掉。
[0016]根据功率半导体部件的实施例，所述至少两个冷却结构中的每一者沿流动方向的方向连续地形成在冷却室内，使得所述至少两个冷却结构中的每一者在冷却室中形成流阻区域。示例性地，每个冷却结构被配置成对从入口端口流到出口端口的冷却物质形成流阻。也就是说，关联到一个功率半导体模块的每个冷却结构形成一个流阻区域。示例性地，一个流阻区域的流阻高于两个连续流阻区域之间的流阻。
[0017]根据功率半导体部件的实施例，冷却室包括至少一个旁路区域。例如，旁路区域没有任何冷却结构。示例性地，旁路区域的流阻小于流阻区域的流阻。
[0018]根据功率半导体部件的实施例，所述至少一个旁路区域平行连接到至少两个流阻区域中更靠近入口端口的至少一个流阻区域。例如，旁路区域平行连接到最靠近入口端口的流阻区域。
[0019]示例性地，平行连接到流阻区域的旁路区域布置成直接接触流阻区域。也就是说，例如，在旁路区域与流阻区域之间没有布置附加元件。
[0020]根据功率半导体部件的实施例，冷却室适合于平行连接到至少一个旁路区域并且更靠近入口端口的至少一个流阻区域的流速，该流速小于至少两个流阻区域中更靠近出口端口的一者的流速。
[0021]概括而言，具有旁路区域的此类功率半导体部件尤其可以提供以下优点。示例性地，沿着流动方向布置的功率半导体模块可以被有效地冷却。进一步地，例如，可以避免对靠近入口端口的功率半导体模块的过度冷却。另外，与没有旁路的情况相比，跨越所有功率半导体模块的温度分布更加均衡。
[0022]此外，由于此类旁路区域所致，整个功率半导体部件的流阻减小，例如从而导致冷却剂物质的泵的操作点被修改。也就是说，可以实现通过冷却室的更高流速。因此，在不对功率半导体模块的设计进行任何修改的情况下，可以增加功率半导体模块的更高电流额定值。这示例性地转化为功率半导体部件的更长的寿命及因此更好的可靠性，而不会更昂贵。
[0023]进一步地，可设想的是，至少两个功率半导体部件彼此相邻布置，使得流动方向是平行的。在此类布置中，对于两个功率半导体部件而言，入口端口是公共入口端口，并且出口端口是公共出口端口。
[0024]根据功率半导体部件的至少一个实施例，连接到所述至少两个流阻区域中的至少一者的所述至少一个旁路区域通过至少一个中间区域互连到所述至少两个流阻区域中更靠近出口端口的一者。例如，中间区域在冷却腔内没有任何附加结构，例如冷却结构。例如，中间区域被配置成使得通过中间区域的垂直于流动方向的截面的速度在该截面的任何点处都基本上恒定。基本上恒定在此意指速度不偏离平均值至多10％。
[0025]离开旁路区域和相关联的流阻区域的冷却剂物质例如在中间区域内混合。这示例性地导致离开关联到旁路的流阻区域的冷却剂物质的温度降低。
[0026]根据功率半导体部件的至少一个实施例，冷却室包括至少一个开口。
[0027]根据功率半导体部件的至少一个实施例，所述至少两个冷却结构中的一者突出穿过所述至少一个开口进入冷却室中，并且所述至少两个冷却结构中的其他各者与冷却室一体地形成。
[0028]根据功率半导体部件的至少一个实施例，冷却室包括至少两个开口。例如，开口(示例性地，开口中的每一者)设置在冷却室的盖内。示例性地，每个开口完全穿透冷却室的盖。
[0029]根据功率半导体部件的至少一个实施例，所述至少两个开口沿流动方向的方向连续地布置在冷却室中。例如，开口沿横向方向(例如，沿着流动方向)彼此间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种功率半导体部件(1)，具有：
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至少两个功率半导体模块(2)，每个功率半导体模块连接到冷却结构(4)，以及
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冷却室(3)，所述冷却室具有入口端口(11)和出口端口(12)，其中，
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所述冷却室(3)适合于所述冷却室(3)内的冷却剂物质从所述入口端口(11)到所述出口端口(12)的流动方向，
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至少两个冷却结构(4)中的每一者沿所述流动方向的方向连续地设置在所述冷却室(3)内，使得所述至少两个冷却结构(4)中的每一者在所述冷却室(3)中形成流阻区域(14)，
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所述冷却室(3)包括至少一个旁路区域(17)，
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所述至少一个旁路区域(17)平行连接到至少两个流阻区域(14)中更靠近所述入口端口(11)的至少一个流阻区域，
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所述至少一个旁路区域(17)的垂直于所述流动方向的宽度沿流动方向减小，并且
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所述冷却室(3)适合于平行连接到所述至少一个旁路区域(17)并且更靠近所述入口端口(11)的至少一个流阻区域(14)的流速，所述流速小于所述至少两个流阻区域(14)中更靠近所述出口端口(12)的一者的流速。2.根据前一权利要求所述的功率半导体部件(1)，其中，连接到所述至少两个流阻区域(14)中的一者的所述至少一个旁路区域(17)通过至少一个中间区域(22)互连到所述至少两个流阻区域(14)中更靠近所述出口端口(12)的一者。3.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体部件(1)，其中，
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所述冷却室(3)包括至少一个开口(5)，
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所述至少两个冷却结构(4)中的一者突出穿过所述至少一个开口(5)进入所述冷却室(3)中，并且
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所述至少两个冷却结构(4)中的其他各者与所述冷却室一体地形成。4.根据前述权利要求中任一项所述的功率半导体部件(1)，其中，连接到所述至少两个流阻区域(14)中的一者的所述至少一个旁路区域(17)布置在该流阻区域(14)的至少一个侧表面(21)上。5.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体部件(1)，其中，连接到所述至少两个流阻区域(14)中的一者的所述至少一个旁路区域(17)布置在该流阻区域(14)的底表面(20)上。6.根据权利要求1至3中任一项所述的功率半导体部件(1)，其中，连接到所述至少两个流阻区域(14)中的一者的所述至少一个旁路区域(17)布置在该流阻区域(14)的至少一个侧表面(21)上和底表面(20)上。7.根据权利要求5或6中任一项所述的功率半导体部件(1)，其中，
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布置在所述流阻区域(14)的所述底表面(20)上的所述至少一个旁路区域(17)包括所述冷却室(3)的底部内凹部(6)，并且
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【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：日立能源瑞士股份公司，
类型：发明
国别省市：