一种半导体冷却装置。该半导体冷却装置包括至少一个半导体组件、壳体以及至少一个挡板。每个半导体组件包括：散热器、半导体芯片、封装物以及电连接件。所述半导体芯片键合至所述散热器并且包括一半导体功率器件；封装物覆盖所述半导体芯片，其中，所述散热器的键合有所述半导体芯片的一侧延伸超过所述封装物；电连接件穿过所述封装物至所述半导体芯片；所述壳体用于将所述至少一个半导体组件容纳在所述壳体内的腔室中，并且包括与所述腔室流体连通的入口端口和出口端口。每个所述挡板包括通孔，所述通孔设置为使得流体流过所述通孔到达所述半导体组件的安装有所述半导体功率器件的区域，或到达所述半导体组件的散热器的与安装所述半导体功率器件的位置相对的区域。装所述半导体功率器件的位置相对的区域。装所述半导体功率器件的位置相对的区域。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的散热器的半导体冷却装置
[0001]本专利技术涉及一种用于冷却诸如功率半导体的半导体器件的半导体冷却装置。由于此类器件产生的高功率损耗和相关联的热量，此类装置在逆变器领域中是有利的。
技术介绍
[0002]电气和电子元件在使用时会产生热量作为副产物。过热通常会影响性能和元件寿命，因此电气和特别是电子元件通常会被冷却以防止过热。
[0003]设备对它们可以有效操作的上限温度有限制，并且当超出了限制温度，因此设备可能变得效率低下并可能发生故障。在大多数情况下，由于过热，设备无法从故障中恢复，并且它们所在的整个系统变得无法使用，需要维修或在许多情况下更换“烧坏”的模块/系统。
[0004]预防胜于治疗，为了使系统更加稳固，已经付出了很多努力，但修理简单也同样有价值。
[0005]许多不同的方法已被用于解决过热限制：一些人试图增加设备的运行限制，尽管其范围有限，而大部分努力都集中在从设备、子模块和系统中去除热量。在许多功率电子元件应用中，散热器用于需要有效散热的地方。散热器通过热接触从电子元件吸收和散发热量。例如，散热器可以焊接、粘合或以其他方式安装到功率电子设备，以通过提供废热可以流入的大热容量来改善散热。
[0006]在高功率应用中，散热器可以扩大以提高热容量。然而，增加散热器的尺寸会增加电源模块的重量和体积以及相应的成本。在许多情况下，此类模块的可用空间(尤其是汽车应用)正在减少，而不是相反。
[0007]已经为冷却计算系统中的电子元件付出了相当大的努力，其中中央处理单元(CPU)具有数百万个集成在硅芯片表面上的半导体器件。虽然任何一个设备的热损失很小，但集成密度导致总散热量很高，严重限制了CPU的速度和寿命。
[0008]一些用于冷却计算系统中电子元件的技术也已应用于高功率单开关器件或低级集成半导体开关器件的冷却。
[0009]在US2011/103019中，描述了一种为电子系统提供浸没冷却的液密外壳，其中提供了冷却板，该冷却板具有用于向其供应冷却剂的液体导管，所述冷板具有耦合到电子系统的电子元件上的底面和至少一个在侧壁上的开放端口。在一个特定实施例中，由导管供应的冷却剂进入冷却板的顶部，并被部分允许通过侧端口离开，同时使剩余的冷却剂流过指向高热通量元件的射流：侧端口孔和射流孔的尺寸经过调整，以提供元件的优化冷却。
[0010]US2011/103019特别针对计算机中CPU的冷却并且描述了安装在基板上的高功率处理器芯片的冷却，所述基板电气地和机械地附接到处理器模块，处理器模块进一步附接到印刷电路板。
[0011]US2011/103019的缺点是通过所述基板的热传播差，特别是通过与所述印刷电路板的连接的热传播差。
[0012]对于中等功率转换器模块，还有另一个功率耗散量级需要应对，即100安培的电流和1000V量级的电压。对于中等功率转换器，使用半导体开关装置，并且US2011/0242760教导了一种装置，其中半导体开关装置安装在层压母线上以保持相位之间的电隔离。在US2011/0242760之前，母线中的所述叠层将是温度限制特征，而US2011/0242760教导将液体冷却散热器应用于所述叠层母线，其中散热器与母线电隔离。在绝缘层的温升和热限制再次成为限制因素之前，从母线移除热量以及通过来自安装在其上的电隔离开关装置的热传导来提高总功率容量。
[0013]US2014204532提供了一种使用冲击射流冷却散热半导体器件的替代模式，其中射流冷却(空气或空气基质中的液体)的应用通过由形状记忆合金制成的可热变形喷嘴进行局部控制，该喷嘴与半导体装置热连接以进行冷却。通过这种方式，可以在需要时冷却器件。然而，US2014204532涉及芯片级冷却，冲击射流集中在倒装芯片的背面。US2014204532的教导是针对空气中的液体喷射，因此其冷却能力受到限制，并且因为冷却是芯片级的，引脚配置进一步限制了这种冷却装置的连通性。
[0014]US2011141690涉及使用高导热印刷电路板基板，该基板的一侧被配置到表面中，其特征是促进撞击冷却剂流中的湍流，而电路的另一侧被配置为具有电路，其上有安装的功率电子元件，例如用于车辆的功率逆变器模块的元件。电路侧与被配置为促进湍流的一侧电隔离。
[0015]建议使用直接粘合的铜或直接粘合的铝等基板，它们包括陶瓷(通常为氧化铝)夹层，外层为铜或铝。然而，尽管这些直接粘合的基板是良好的热导体，但它们的制造成本也很高，并且难以处理和进行维修。
[0016]用于改进功率半导体器件冷却的其他方法包括将元件直接浸入介电流体和配置部件以形成冷却剂通道、使用相变液体/气体冷却剂系统来增加冷却剂效果。
[0017]结合这些方法，特别是针对功率电子系统，优化了功率半导体开关器件的开关速度：其原因如下——开关速度越快，开关器件在电阻模式上花费的时间越少，因此器件中的焦耳热损失越少——然而，快速的开关速度会增加电感损耗，这也可能导致电压尖峰，因此需要用于逆变器模块中的大型低电感母线和对称相脚，以及昂贵的过压指定电容器。
[0018]达成了一种折衷方案，这不可避免地导致半导体器件开关中的焦耳热损失。尽管进行了最佳尝试，但迄今为止，所有冷却方法都在其冷却能力方面存在缺陷，并且功率半导体元件的冷却效率一直是功率半导体开关器件以及功率逆变器的最大功率处理能力和功率密度的限制特征。
[0019]本专利技术试图通过显着改善废热的去除并同时进一步降低半导体开关器件中的系统宽电感和相应的焦耳热损失来分别增加功率逆变器和半导体开关器件的功率密度和最大功率处理能力。
[0020]因此，应该认识到对改进的冷却装置有需求。
技术实现思路
[0021]根据本专利技术的第一个方面，提供了一种半导体冷却装置。该半导体冷却装置包括至少一个半导体组件、壳体以及至少一个挡板。每个半导体组件包括：散热器、半导体芯片、封装物以及电连接件。所述半导体芯片键合至所述散热器并且包括一半导体功率器件；封
装物覆盖所述半导体芯片，其中，所述散热器的键合有所述半导体芯片的一侧延伸超过所述封装物；电连接件穿过所述封装物至所述半导体芯片；所述壳体用于将所述至少一个半导体组件容纳在所述壳体内的腔室中，并且包括与所述腔室流体连通的入口端口和出口端口；每个所述挡板包括通孔，所述通孔设置为使得流体流过所述通孔到达所述半导体组件的安装有所述半导体功率器件的区域，或到达所述半导体组件的散热器的与安装所述半导体功率器件的位置相对的区域。
[0022]根据本专利技术的第二个方面，提供了一种半导体冷却装置。该半导体冷却装置包括一个半导体组件及一个冷却通道。半导体组件包括：散热器、半导体芯片、封装物以及电连接件。所述半导体芯片键合至所述散热器并且包括一半导体功率器件；封装物覆盖所述半导体芯片，其中，所述散热器的键合有所述半导体芯片的一侧延伸超过所述封装物；电连接件穿过所述封装物至所述半导体芯片。所述冷却通道位于所述散热器的与所述半导体芯片的键合位置相对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体冷却装置包括：至少一个半导体组件，其中每个半导体组件包括：散热器；与所述散热器键合的半导体芯片，其中，所述半导体芯片包括一半导体功率器件；覆盖所述半导体芯片的封装物，其中，所述散热器的键合有所述半导体芯片的一侧延伸超过所述封装物；电连接件，穿过所述封装物至所述半导体芯片；壳体，用于将所述至少一个半导体组件容纳在所述壳体内的腔室中，其中，所述壳体包括与所述腔室流体连通的入口端口和出口端口；至少一个挡板，每个所述挡板包括通孔，所述通孔设置为使得流体流过所述通孔到达所述半导体组件的安装有所述半导体功率器件的区域，或到达所述半导体组件的散热器的与安装所述半导体功率器件的位置相对的区域。2.根据权利要求1所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体芯片电耦合到所述散热器，并且所述散热器用作以下之一的电连接件：所述半导体功率器件的漏极或源极，其中，所述半导体功率器件为晶体管；所述半导体功率器件的集电极或发射极，其中，所述半导体功率器件为三极管；所述半导体功率器件的阳极或阴极，其中，所述半导体功率器件为二极管。3.根据前述任一项权利要求所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体芯片被烧结到所述散热器。4.根据权利要求3所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述散热器包括银层，并且所述半导体芯片被烧结到所述银层。5.根据前述任一项权利要求所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述散热器包括凹部，所述半导体芯片在所述凹部内键合到所述散热器，并且所述封装物填充或部分填充所述凹部并且不延伸超出所述凹部。6.根据前述任一项权利要求所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述半导体组件包括：多个半导体芯片，每个半导体芯片包括晶体管；以及多个相应的封装物区域，每个所述封装物区域覆盖相应的半导体芯片并且与其余所述封装物区域分开。7.根据前述任一项权利要求所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述散热器包括位于所述封装物周围的多个通孔。8.根据从属于权利要求5的权利要求7所述的半导体冷却装置，其特征在于，所述多个通孔位于所述凹部的周围。9.根据权利要求7或8所述的半导体冷却装置，其特征在于，包括位于所述散热器上与所述半导体芯片的键合位置相对的位置上的多个凸起元件，其中，所述多个凸起元件被布置为引导流体流向所述通孔。10.根据前述任一项权利要求所述的半导体冷却装置，其特征在于，除了最靠近所述出口的所述散热器外，每个所述散热器与在所述出口的方向上的相邻挡...
【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙，
申请(专利权)人：YASA有限公司，
类型：发明
国别省市：
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