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    • 专利摘要:
    Es wird ein Halbleitermodul (100) geschaffen, welches einen ortsfesten Kühler (2), einen verformbaren Kühler (3) und einen flachen Halbleiterbaustein (1) aufweist, wobei der flache Halbleiterbaustein zwischen den Kühlern angeordnet ist. Eine relative die Lage betreffende Beziehung des Halbleiterbausteins ist bezüglich des ortsfesten Kühlers ortsfest, aber bezüglich des verformbaren Kühlers veränderlich. Der verformbare Kühler weist ein verformbares Element (31) aus einer dünnen Metallplatte auf, welches eine Kühlmittelkammer (3a) bedeckt. Das Halbleitermodul weist eine Einklemmeinrichtung (20) auf, die bewirkt, dass der ortsfeste Kühler in Richtung des verformbaren Kühlers gepresst wird. Befestigungsjustierungsschrauben (201, 202) der Einklemmeinrichtung bewirken, dass sich ein Anpressrahmen (203) einem Kühlkörper (32) des verformbaren Kühlers nähert. Deshalb wird der Halbleiterbaustein über den ortsfesten Kühler gepresst und das verformbare Element leicht verformt. Dies erhöht einen Kontaktierungsgrad zwischen dem Halbleiterbaustein und dem verformbaren Element über ein isolierendes Element (17).
    公开号:DE102004014911A1
    申请号:DE200410014911
    申请日:2004-03-26
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Naohiko Kariya Hirano；Takanori Kariya Teshima
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:H01L23-40
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein zweiseitig kühlendes Halbleitermodul.
    [0002] EinHalbleiterleistungsverstärker,welcher in einer Umkehrschaltung zum Ansteuern eines Fahrzeugmotorsverwendet wird, ist als Leistungsverstärkerbaustein erhältlich.In diesem Leistungsverstärkerbausteinist ein Gussharz integriert, in dem ein Leistungsverstärker zwischenWärmesenkenvon abstrahlenden Elementen angeordnet ist. Der Leistungsverstärker weisteinen Bipolartransistor mit integriertem Gate (IGBT) auf, welcherals typischer Leistungsverstärkergilt. Das Leistungsteil des IGBTs ist zwischen den Wärmesenkenangeordnet, während einEmitter oder ein Kollektor des Leistungsverstärkers unter Verwendung vonLot direkt oder überein Zwischenstückmit der Wärmesenkeverbunden ist. Hierbei arbeitet die Wärmesenke als Pfad für einen hohenStrom.
    [0003] Derobige Leistungsverstärkerbausteinist in einer in der Praxis umgesetzten Anwendung als Halbleitermodulvorgesehen, welches einen Kühler aufweist,der mit dem Leistungsverstärkerbaustein über eindünnesisolierendes Element verbunden ist. Die JP-A-2001-352023 (USP-6542365)offenbart beispielsweise einen Aufbau, bei dem ein Leistungsverstärkerbausteinzwischen einem aus einer Aluminiumlegierung gebildeten, als Kühler dienenden Kühlrohrpaarangeordnet ist.
    [0004] Hierbeiweist ein Modul, welches durch die Montage eines Leistungsverstärkerbausteinsund eines Kühlersgebildet wird, mitunter einen unzureichenden Kontaktie rungsgradzwischen Wärmesenkendes Leistungsverstärkerbausteinsund dem Kühlerauf, was eine Kühlleistungbezüglichdes Leistungsverstärkersnachteilig verringert. Dies resultiert aus Änderungen eines Parallelitätsgradsbeider Wärmesenken,Flachheit des Kühlersoder Dicke eines eingefügtenisolierenden Elements.
    [0005] EineMaßgenauigkeitder Komponenten oder eine Montagegenauigkeit kann zu einem Niveauvon ± 0,1mm verbessert werden. Ein um einem Faktor 10 reduziertes Niveauvon ± 0,01mm ist jedoch außergewöhnlich schwierigzu erreichen. Es wird deshalb vorzugsweise eine Methode benötigt, welchesich von der Erhöhungder Maß-oder Montagegenauigkeit unterscheidet.
    [0006] Genauergesagt offenbart das Patent, auf das oben Bezug genommen wurde,eine Methode zum Verbessern des Kontaktierungsgrads zwischen derWärmesenkeund dem Kühler.Bei dieser Methode wird ein dünnverarbeitetes Weichmetallelement, zusätzlich zu einem isolierendenElement, zwischen die Wärmesenkeund den Kühlereingefügt,um eine Ungleichförmigkeitder Kontaktoberflächenzu kompensieren. Es ist jedoch eine Methode erforderlich, die derartweiter verbessert ist, dass der eine hohe Leistungsabgabe aufweisendeLeistungsverstärker starkund sicher gekühltwird.
    [0007] Esist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zweiseitig kühlendesHalbleitermodul vorzusehen, welches einen derartigen Aufbau aufweist, dassder Halbleiterchip angemessen gekühlt wird.
    [0008] Umdie obige Aufgabe zu erzielen, ist ein zweiseitig kühlendesHalbleitermodul, welches einen Halbleiterbaustein aufweist, derWärme vonseiner oberen und seiner unteren Oberflächen abstrahlt, mit dem Folgendenvorgese hen. Es sind ein erster und ein zweiter ein Kühlmittelaufweisender Kühlervorgesehen, welche den Halbleiterbaustein zwischen sich anordnen.Es ist eine Einklemmeinrichtung vorgesehen, welche bewirkt, dassdie zwei Kühlerden Halbleiterbaustein fest zwischen sich einklemmen. Wenigstenseiner der zwei Kühlerweist ein verformbares Element auf. Das verformbare Element weisteine erste dem KühlmittelgegenüberliegendeOberfläche undeine zweite dem Halbleiterbaustein gegenüberliegende Oberfläche auf.Das verformbare Element ist derart verformbar, dass es in eine Kühlmittelrichtungoder in eine Halbleiterbausteinrichtung gebogen wird.
    [0009] DieserAufbau kann leichte Maßabweichungenvon ausgelegten Dimensionierungen kompensieren, wie zum BeispielMaßtoleranzeneines in der Praxis umgesetzten Halbleiterbausteins oder eines in derPraxis umgesetzten Kühlers,was zu einer Verringerung des Wärmewiderstandsführt.
    [0010] Dieobigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegendenErfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibungmehr ersichtlich, welche unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnunggemacht wird. In der Zeichnung zeigt:
    [0011] 1 eine Schnittansicht einesschematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einerersten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0012] 2 eine Perspektivansicht,welche ein Montageverfahren eines Kühlkörpers gemäß der ersten Ausführungsformveranschaulicht;
    [0013] 3 eine Schnittansicht einesschematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einerModifikation der ersten Ausführungsform;
    [0014] 4 eine Schnittansicht einesschematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einerzweiten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0015] 5 eine Schnittansicht einesKühlersgemäß der zweitenAusführungsform;
    [0016] 6 eine Perspektivansichteines ein Stützelementaufweisenden Kühlkörperelementsgemäß einerModifikation der zweiten Ausführungsform;
    [0017] 7 eine Schnittansicht einesKühlersgemäß einerModifikation der zweiten Ausführungsform;
    [0018] 8 eine Schnittansicht einesschematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einerdritten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung; und
    [0019] 9 eine Schnittansicht einesschematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einervierten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung.
    [0020] Dievorliegende Erfindung betrifft ein zweiseitig kühlendes Halbleitermodul. UnterBezugnahme auf 1 wirdein zweiseitig kühlendesHalbleitermodul 100 gemäß einerersten Ausführungsform beschrieben.Bei dem Modul ist ein flacher Halbleiterbaustein 1 zwischeneinem ortsfesten Kühler 2 und einemverformbaren Kühler 3 angeordnet.Zwischen dem Halbleiterbaustein 1 und beiden der Kühler 2, 3 istein schichtartiges, isolierendes Element 17, 18 eingefügt. Fernerweist das Halbleitermodul 100 eine Einklemmeinrichtung 20 auf,die bewirkt, dass die Kühler 2, 3 denHalbleiterbaustein 1 fest zwischen sich einklemmen.
    [0021] Einerelative die Lage betreffende Beziehung des Halbleiterbausteinsist bezüglichdes ortsfesten Kühlers 2 ortsfestaber bezüglichdes verformbaren Kühlers 3 ver änderlich.Befestigungsjustierungsschrauben 201, 202 derEinklemmeinrichtung 20 ermöglichen es, dass sich ein Anpressrahmen 203 einemKühlkörper 32 desverformbaren Kühlers 3 nähert. Folglichwird der Halbleiterbaustein 1 über den ortsfesten Kühler 2 gepresst,währenddas verformbare Element 31 leicht verformt wird. Dies verbessert einenKontaktierungsgrad zwischen dem Halbleiterbaustein 1 unddem verformbaren Element 31 über das isolierende Element 17.
    [0022] DerHalbleiterbaustein 1 weist einen Halbleiterchip 10 undabstrahlende Elemente (Wärmesenken) 12, 14 auf,zwischen denen der Halbleiterchip 10 angeordnet (zwischengeschichtet)ist. Diese Elemente 12, 14, 10 sind allein einem Gussharzelement 16 integriert. Der Halbleiterbaustein 1 bildetbeispielsweise einen Teil einer Dreiphasenumkehrschaltung einesbürstenlosenMotors. Der Halbleiterchip 10 weist beispielsweise einenIGBT (Bipolartransistor mit integriertem Gate) oder einen Leistungs-MOSFETauf. Der mit einer induktiven Last wie zum Beispiel einem Motorverbundene IGBT ist parallel mit einer Rückspeisefreilaufdiode verbunden(nicht in 1 gezeigt).
    [0023] DerHalbleiterchip 10 weist eine dünne Plattenform auf. Fernerweist er ein offenes Gate und einen offenen Emitter (oder Source)an seiner Oberflächeauf. Ferner weist er einen Kollektor (oder Drain) an einer gegenüberliegendenOberflächeauf. Der Halbleiterchip 10 ist beispielsweise unter Verwendungvon Lotverbindungselementen jeweils direkt oder über ein Zwischenstück 13 elektrischmit den Wärmesenkenverbunden. Der Emitter und der Kollektor des Halbleiterchips 10 sinddadurch jeweils elektrisch mit den Wärmesenken 12, 14 verbunden. Zusätzlich weistder Halbleiterchip 10 ein offenes Gate an der Oberfläche auf,an der der Emitter offenliegt. Das Gate ist ferner elektrisch miteinem Anschlussdraht (nicht gezeigt) für Steuersignale verbunden,welcher äußerlichvon dem verkapselten Harzelement 16 aus hervorragt.
    [0024] Jededer Wärmesenken 12, 14,welche eine flache oder eine Plattenform aufweist, weist eine wärmeaufnehmendeOberflächeauf, welche dem Halbleiterchip 10 und einer gegenüberliegendenabstrahlenden Oberflächegegenüberliegt,welche beide derart angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen parallelzueinander sind. Die Wärmesenken 12, 14 sind derartangeordnet, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander sind. Jededer Wärmesenken 12, 14 ist vorteilhafterweiseaus einem reinen Metall gebildet, welches aus einer Gruppe aus Cu,W, Mo und Al oder einer Legierung ausgewählt wird, wobei die Legierunghauptsächlichdie Metallen aufweist, die angesichts eines Faktors bezüglich derWärmeleitfähigkeit undder elektrischen Leitfähigkeitausgewähltsind.
    [0025] Fernerwird das Gussharzelement 16 derart gebildet, dass es dieUmfangsflächedes Halbleiterchips 10 bedeckt oder beschichtet und dendurch die Wärmesenken 12, 14 gebildetenZwischenraum füllt. DasGussharzelement 16 ist zum Beispiel aus Epoxidharz gebildet.In den Wärmesenken 12, 14 sindjeweils füreinen hohen Strom ausgelegte Anschlussdrähte 120, 140 integriert,welche äußerlichvon dem verkapselte Harzelement 16 aus hervorragen (s.z.B. 8, nachstehenderläutert).In 8 sind die Anschlussdrähte 120, 140 derartangeordnet, dass sie sich rechtwinklig zur Figurenoberfläche erstrecken.
    [0026] Derortsfeste Kühler 2 istein Kühlmittelrohr, welcheseine flache Form aufweist und durch Formen eines leicht formbarenMetalls wie zum Beispiel Aluminiumoxid und Aluminiumoxidlegierunggebildet wird. Der ortsfeste Kühler 2 weistwenigstens einen Kühlmittelpfad 2a auf, durchwelchen ein Kühlmittel wiezum Beispiel Wasser mittels einer Kühlkreislaufvorrichtung (nichtgezeigt) zirkuliert wird. Der ortsfeste Kühler 2 weist fernereine flache wärmeaufnehmendeOberfläche 2p undeine flache gepresste Oberfläche 2q auf,die der wärmeaufnehmenden Oberfläche 2p über denKühlmittelpfad 2a gegenüberliegt.Die wärmeaufnehmendeOberfläche 2p liegt demHalbleiterbaustein 1 überdas isolierende Element 18 äußerlich gegenüber, während diegepresste Oberfläche 2q inKontakt mit einem Pressrahmen 203 ist.
    [0027] Derverformbare Kühler 3 weisteinen eine Kühlmittelkammer 3a bildendenKühlkörper 32 und einverformbares Element 31 auf, dessen Rand an dem Kühlkörper 32 befestigtist. Durch die Kühlmittelkammer 3a desverformbaren Kühlers 3 zirkuliertein Kühlmittelwie zum Beispiel Wasser, welches dem des ortsfesten Kühlers 2 gleicht.Das verformbare Element 31 weist eine erste Oberfläche auf,welche dem Kühlmittelgegenüberliegtund die Kühlmittelkammer 3a abdichtet.Ferner weist das verformbare Element 31 eine zweite gegenüberliegendeOberflächeauf, welche dem Halbleiterbaustein 1 über das isolierende Element 17 gegenüberliegt.Die Maße derOberflächen(wärmeaufnehmendeOberflächen) desverformbaren Elements 31 sind derart ausgelegt, dass sieviel größer alsdie der abstrahlenden Oberflächen(obere und untere Oberfläche)des Halbleiterbausteins 1 sind.
    [0028] Dasverformbare Element 31 kann aus einer oder einer Vielzahlvon Schichten dünnerMetallplatten gebildet sein. Das verformbare Element 31 ist vorzugsweisemit einer hohen Korrosionsbeständigkeitund einer adäquatenFlexibilitätversehen. Genauer gesagt kann es aus einem Material wie zum BeispielKupfer, Kupferlegierung, Aluminiumoxid, Aluminiumoxidlegierung oderEdelstahl gebildet sein.
    [0029] Indieser ersten Ausführungsformkann der Kühlkörper 32 auseinem Metalllaminat gebildet sein, das durch Stapelung von dünnen Plattengebildet wird, wobei Material (Kupfer, Kupferlegierung, Aluminiumoxid,Aluminiumoxidlegierung oder Edelstahl) verwendet wird, welches gleichoder verschieden von dem des verformbaren Elements ist. Dies ermöglicht einewünschenswerteWärmeleitfähigkeit.Im Einzelnen wird der Kühlkörper 32,wie in 2 gezeigt, gebildet,wobei verwendet werden: eine dünneMetallplatte 321, welche einen Boden bildet, dünne Metallplatten 320,welche die Seiten der Kühlmittelkammer 3a bildenund eine Metallplatte des verformbaren Elements 31 alsAbdeckung der Kühlmittelkammer 3a; sämtlicheder dünnenMetallplatten 321, 320, 31 sind gestapeltund unter Verwendung eines Verbindungselements wie zum Beispieleinem Hartlotelement verbunden. Wie bei dem ortsfesten Kühler 2,wird hierbei ein Kühlmittelwie zum Beispiel Wasser mittels einer Kühlkreislaufvorrichtung durchdie Kühlmittelkammer 3a zirkuliert.
    [0030] Wiein 1 gezeigt, weistdie Einklemmeinrichtung 20, die bewirkt, dass die Kühler 2, 3 den Halbleiterbaustein 1 festzwischen sich einklemmen, einen aus Metall gebildeten Anpressrahmen 203 und Justierungsschrauben 201, 202 auf.Der Anpressrahmen 203 ist zum Bedecken des ortsfesten Kühlers 2 angeordnetund weist konvexe Abschnitte 211 auf, welche derart dergepressten Oberfläche 2q desortsfesten Kühlersgegenüberliegen,dass die Effektivität bezüglich desPressens der gepressten Oberfläche 2q erhöht wird.Die Justierungsschrauben 201, 202 schrauben sichderart in Befestigungslöcher,welche in dem Kühlkörper 32 desverformbaren Kühlers 3 gebildetsind, dass der Anpressrahmen 203 an dem Kühlkörper 32 befestigtwird. Es kann ein Dichtungsring oder ein Federring bezüglich einerfesten Befestigung verwendet werden.
    [0031] DasBefestigen der Justierungsschrauben 201 und 202 bewirkt,dass der Anpressrahmen 203 sich dem Kühlkörper 32 des verformbarenKühlers 3 nähert. Gleichzeitigpressen die konvexen Abschnitte 211 die gepresste Oberfläche 2q desortsfesten Kühlers 2.Dadurch wird der Halbleiterbaustein 1 derart über denortsfesten Kühler 2 gepresst,dass das die dünneMetallplatte aufweisende verformbare Element 31 sehr leichtbezüglicheiner elastischen oder plastischen Verformung verformt wird. Dieskompensiert notwendigerweise eine Fehlausrichtung der ausgelegtenDimensionierungen bezüglicheines Parallelitätsgradsder Wärmesenken 12 und 14,einer Flachheit des ortsfesten Kühlers 2 odereiner Dicke der eingefügtenisolierenden Elemente 17 und 18. Dadurch werdenschwer Spalte erzeugt und ein Wärmewiderstandkann verringert werden. Der Anpressdruck oder die Kraft mit welcherder Anpressrahmen 203 den ortsfesten Kühler 2 versieht, wirdgemäß einemBefestigungsgrad der Justierungsschrauben 201, 202 geändert. Esist ein Änderungsgraddes verformbaren Elements 31 innerhalb eines zulässigen Limitsjustierbar.
    [0032] DieMaßtoleranzdes Halbleiterbausteins oder des Kühlers ist circa ± 100 μm. Um dieseMaßtoleranzzu kompensieren, kann der Änderungsgrad desverformbaren Elements auf einen kleinen Wert begrenzt werden. Fernerkann das aus einer dünnen Metallplattegebildete verformbare Element 31 eine alterungsbedingte Änderung(Abnahme) des Anpressdrucks begrenzen.
    [0033] Wiein 3 gezeigt, kann fernerein Metallzwischenstück 34 alsElement integriert in oder getrennt von dem verformbaren Element 31 angeordnet werden.Eine Erhöhungdes Bodens unter Verwendung des Metallzwischenstücks ermöglicht es hierbei, dass diefür hohenStrom ausgelegten Anschlussdrähten 120, 140 leichtinstalliert werden können(s. 5). Zusätzlich kanndas Metallzwischenstück 34 derartan dem Halbleiterbaustein 1 befestigt werden, dass dasHalbleitermodul 100 leicht montiert werden kann.
    [0034] 4 zeigt ein zweiseitig kühlendesHalbleitermodul 101 einer zweiten Ausführungsform und 5 einen verformbaren Kühler 40 desModuls 101. Dieses Halbleitermodul 101 gleichtdem Halbleitermodul 100 der ersten Ausführungsform, so dass eine Beschreibungbezüglichgemeinsamer Teile nachstehend entfällt.
    [0035] Wiein 5 gezeigt, weistein Kühlkörper 41 desverformbaren Kühlers 40 einenderartigen Rahmenaufbau auf, dass eine Kühlmittelkammer 40a mit einemersten verformbaren Element 43 und einem zweiten verformbarenElement 44 verschossen wird. Ähnlich dem in 1 gezeigten verformbaren Element 31,sind das erste und das zweite verformbare Element 43, 44 ausbeispielsweise dünnenMetallplatten gebildet. Der Rand des ersten und zweiten verformbarenElements 43, 44 ist an dem Kühlkörper 41 befestigt.
    [0036] Daserste verformbare Element 43 weist eine Oberfläche auf,welche einem Kühlmittelgegenüberliegtund eine gegenüberliegendeOberflächeauf, welche eine wärmeaufnehmendeOberflächeist. Das zweite verformbare Element 44 liegt dem erstenverformbaren Element 43 über eine Kühlmittelkammer 40a gegenüber undweist ein Stützelement 42 auf, dasinnerhalb der Kühlmittelkammer 40a inRichtung des ersten verformbaren Elements 43 hervorragt. DasStützelement 42 kannein Metallblock sein, welcher auf einer Oberfläche des zweiten verformbaren demKühlmittelgegenüberliegendenElements 44 angeordnet ist; andern falls kann ein Metalllaminatvorgesehen sein, welches durch eine dünne Metallplatte 410 (s. 6) gebildetes wird, dieein nicht durchdringendes Teil 420 zum Bilden des Stützelements 42 aufweist.Und zwar wird die dünneMetallplatte 410 gebildet, indem ein derartiges Loch hineingebohrt wird, dass das nicht durchdringende Teil 420 zurückbleibt;Ferner werden, wie in 2 gezeigt, diedünnendie dünneMetallplatte 410 aufweisenden Metallplatten zum Bildeneines Kühlkörpers 41 aufgestapelt.Dies ermöglichteine Bildung des mit dem Stützelement 42 integriertenKühlkörpers 41.
    [0037] Wiein 4 gezeigt, weistdas Halbleitermodul 101 den oben erwähnten verformbaren Kühler 40,einen Halbleiterbaustein 1, einen ortsfesten Kühler 2 undeine erste und eine zweite Einklemmeinrichtung 20, 48 auf.Die erste Einklemmeinrichtung 20 ist vorstehend bezüglich derersten Ausführungsform beschriebenworden. Die zweite Einklemmeinrichtung 48 weist eine relativedie Lage betreffende ortsfeste Beziehung bezüglich des Kühlkörpers 41 auf. Im Einzelnenweist die Einklemmeinrichtung 48 ein aus Metall gebildetesBasiselement 46 auf, an dem der Kühlkörper 41 befestigtist und eine Justierungsschraube 47 auf, welche in demBasiselement 46 vorgesehen ist.
    [0038] DasBasiselement 46 weist ein Befestigungsloch auf, in demdie Justierungsschraube 47 befestigt ist; die Justierungsschraube 47 istderart beweglich, dass sie sich dem zweiten verformbaren Element 44 nähern odersich von dem zweiten verformbaren Element 44 entfernenkann. Und zwar bewirkt ein Befestigen der Justierungsschraube 47, dassihre Spitze in Kontakt mit dem zweiten verformbaren Element 44 kommt.Ferner bewirkt eine Erhöhungdes Befestigungsgrads der Schraube 47, dass sich das Stützelement 42 demersten verformbaren Element 43 nähert. Das Stützelement 42 presstoder stütztdabei das erste verformbare Element 43 von einer Innenseiteder Kühlmittelkammer 40a aus.Folglich wird der Halbleiterbaustein 1 zwischen den beidenKühlern 2, 40 eingeklemmt.Eine leichte Verformung des ersten verformbaren Elements 43 kann derartdie Maßtoleranzder Komponenten aufnehmen, dass die Spalten zwischen den Komponenten verringertwerden und der Wärmewiderstandniedergehalten wird.
    [0039] Fernerwird gemäß einemBefestigungsgrad der das Stützelement 42 pressendenJustierungsschraube 47 ein Bewegungsgrad des Stützelements 42 inRichtung des ersten verformbaren Elements 43 geändert; dannwird gemäß dem Bewegungsgrad desdas erste verformbare Element 43 pressenden Stützelements 42 ein Änderungsgraddes ersten verformbaren Elements 43 in Richtung des Halbleiterbausteins 1 geändert. Folglichkann eine leichte Justierung der Justierungsschraube 47 einegewaltsame Anpressung oder einen Mangel an Anpressdruck bezüglich desHalbleiterbausteins 1 verhindern. Dadurch kann eine Beschädigung desHalbleiterbausteins 1 auf Grund eines gewaltsamen Drucksverhindern. Nachdem der Halbleiterbaustein 1 zwischen denKühlern 2, 40 angeordnetworden ist, kann dann ferner die Einklemmeinrichtung 48 denHalbleiterbaustein 1 fest einklemmen und die Leichtigkeitbezüglicheiner Montage des Halbleitermoduls 101 verbessern.
    [0040] Hierbeifunktionieren der Anpressrahmen 203 und die Justierungsschrauben 201, 202 ebenso alseine Befestigungseinrichtung, die die relative die Lage betreffendeBeziehung zwischen dem Kühlkörper 41 desverformbaren Kühlers 40 unddem ortsfesten Kühler 2 festlegen.Wie in der ersten Ausführungsformbeschrieben, könnendie Justierungsschrauben 201 und 202 derart befestigendbetätigt werden,dass der Halbleiterbaustein 1 durch sowohl die oberen alsauch die unteren Oberflächenfest eingeklemmt werden kann.
    [0041] Wiein 7 gezeigt, kann fernerein verformbarer Kühler 50 angeordnetwerden, der zu einer Innenseite der Kühlmittelkammer 50a hervorragende Kühlrippen 53 aufweist.Eine Anordnung dieses Kühlers 50 kannein Halbleitermodul vorsehen, das den Halbleiterbaustein 1 sicherkühlt.Die Kühlrippen 53 können eineForm aufweisen, welche zum Beispiel Konkavität- und Konvexitätszyklenaufweist, die eine größere Ausdehnungbezüglicheines Kontakts mit dem Kühlmittelals die flache Form aufweisen. Die Kühlrippen 53 können derartangeordnet sein, dass sie an dem ersten verformbaren Element 52 befestigt sind,an dem der Halbleiterbaustein 1 befestigt ist. Hierbeikann das zweite verformbare Element 55 derart angeordnetsein, dass es dem ersten verformbaren Element 52 über dieKühlmittelkammer 50a gegenüberliegt;ferner ist an dem zweite verformbaren Element 55 das Stützelement 54 befestigt,welches innerhalb der Kühlmittelkammer 50a inRichtung des ersten verformbaren Elements 52 hervorragt.
    [0042] 8 zeigt ein zweiseitig kühlendesHalbleitermodul 102 einer dritten Ausführungsform. Dieses Halbleitermodul 102 weisteinen Halbleiterbaustein 1, einen ortsfesten Kühler 60,einen verformbaren Kühler 40,welcher dem Kühler 40 aus 4 entspricht, und eine Einklemmeinrichtung 48 auf.Diese Einklemmeinrichtung weist ein Basiselement 46 auf. DasBasiselement 46 und der ortsfeste Kühler 60 sind derartdurch ein verbindendes Element 61 verbunden, dass einerelative die Lage betreffende Beziehung dazwischen ortsfest ist.In diesem Halbleitermodul 102 bewirkt ein angemessenesBefestigen einer Justierungsschraube 47, dass der Halbleiterbaustein 1 festzwischen dem verformbaren Kühler 40 unddem ortsfesten Kühler 60 eingeklemmtwird. Deshalb weist diese Ausführungs formim Wesentlichen den gleichen Effekt wie die zweite Ausführungsformauf.
    [0043] DasVerbindungselement 61 ist ein Metallelement, in dem derortsfeste Kühler 60 integriertist oder von dem der ortsfesten Kühler 60 separat angeordnetist. Der ortsfeste Kühler 60,welcher eine flache Form aufweist, weist einen oder eine Vielzahl vonKühlpfaden 60a auf.Das Verbindungselement 61 ist derart verbunden, dass esan seinem einen Ende an dem Basiselement 46 befestigt undan seinem anderen Ende an einem Abschnitt des ortsfesten Kühlers 60 befestigtist, und zwar an dem Abschnitt, der keinen Kühlpfad 60a aufweist.Das Basiselement 46 ist an dem Kühlkörper 41 des verformbarenKühlers 40 befestigt.Wie in 8 gezeigt, führt diesdazu, dass der ortsfeste Kühler 60,das Verbindungselement 61 und das Basiselement 46 derartmontiert sind, dass sie einen u-förmigen Querschnitt aufweisen,innerhalb welchem der Halbleiterbaustein 1 und der verformbareKühler 40 angeordnetsind. Folglich legt das Verbindungselement 61 präzise einerelative die Lage betreffende Beziehung zwischen dem ortsfestenKühler 60 unddem Kühlkörper 41 desverformbaren Kühlers 40 fest.Die Einklemmkraft zum Einklemmen des Halbleiterbausteins 1 wirddurch die Einklemmeinrichtung 48 und das verformbare Element 43, 44 gesteuert.
    [0044] Wiein 8 gezeigt, erstreckensich ferner die füreinen hohen Strom ausgelegten Anschlussdrähte 120 und 140 äußerlichparallel einer Oberflächenrichtungdes Halbleiterbausteins 1.
    [0045] 9 zeigt ein zweiseitig kühlendesHalbleitermodul 103 einer vierten Ausführungsform. Dieses Halbleitermodul 103 istderart aufgebaut, dass ein Halbleiterbaustein 1 zwischeneinem Paar zweier verformbarer Kühlerangeordnet ist. Ferner ist dieses Paar zweier verformbarer Kühler, wiein 9 gezeigt, als eineinen u-förmigenQuerschnitt aufweisender Kühler 80 integriert.
    [0046] DieserKühler 80 weisteinen Kühlkörper 81, verformbareElemente 76, 78, 84, deren Ränder an demKühlkörper 81 befestigtsind und eine Einklemmeinrichtung 72, 75 auf,welche an der oberen und der unteren Seite des Kühlers 80 angeordnetist. Hierbei werden die verformbaren Elemente 76, 78, 84 alsAbdeckung füreine Kühlmittelkammer 80a verwendet. Dieverformbaren Elemente 76, 78, 84 sindaus dünnenMetallplatten gebildet, ähnlichwie die der obigen Ausführungsformen.Hierbei wird das verformbare Element 84, welches Wärme vondem Halbleiterbaustein 1 absorbiert, vorab derart gebildet,dass es einen u-förmigenQuerschnitt aufweist. Die Kühlmittelkammer 80a istdabei derart gebildet, dass sie den Halbleiterbaustein 1 umhüllt unddie obere Seite des Halbleiterbausteins 1 mit der unterenSeite des Halbleiterbausteins 1 fluid verbindet. Der Kühler 80 istbezüglichdes Halbleiterbausteins 1 an dessen oberer und untererSeite annäherndsymmetrisch.
    [0047] DerHalbleiterbaustein 1 ist innerhalb des verformbaren Elements 84 angeordnet,welches die Wärme über einisolierendes Element 17, 18 und Zwischenstücken 34, 35 absorbiert.Die Einklemmeinrichtung 72, 75 weist jeweils Basiselemente 70, 73 undJustierungsschrauben 71, 74 auf. Eine Steuerungder Befestigungsgrade der Justierungsschrauben 71, 74 führt zu einerSteuerung von Bewegungsgraden von Stützelementen 77, 79,was zu einer Steuerung von Änderungsgradender verformbaren Elemente 76, 78, 84 führt. Rufdiese Weise wird der Halbleiterbaustein 1 innerhalb desu-förmigenZwischenraums gehalten.
    [0048] Inden obigen Ausführungsformenkann die Einklemmeinrichtung einen Druck eines Kühlmittels verwenden, das durchdie Kühlerzirkuliert wird.
    [0049] Dieobigen Ausführungsformenkönnenderart miteinander kombiniert werden, dass sie effektiv sind. Fernerkann eine Beschreibung einer Ausführungsform ebenso für eine weitereAusführungsform verwendetwerden.
    [0050] Eswird Fachleuten ersichtlich sein, dass es in den oben beschriebenenAusführungsformender vorliegenden Erfindung möglichist, eine Vielzahl von Änderungenvorzusehen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung bestimmtsich jedoch aus den nachfolgenden Ansprüchen.
    [0051] Vorstehendwurde ein Halbleitermodul offenbart.
    [0052] Eswird ein Halbleitermodul 100 geschaffen, welches einenortsfesten Kühler 2,einen verformbaren Kühler 3 undeinen flachen Halbleiterbaustein 1 aufweist, wobei derflache Halbleiterbaustein zwischen den Kühlern angeordnet ist. Einerelative die Lage betreffende Beziehung des Halbleiterbausteins istbezüglichdes ortsfesten Kühlersortsfest aber bezüglichdes verformbaren Kühlersveränderlich.Der verformbare Kühlerweist ein verformbares Element 31 aus einer dünnen Metallplatteauf, welches eine Kühlmittelkammer 3a bedeckt.Das Halbleitermodul weist eine Einklemmeinrichtung 20 auf,die bewirkt, dass der ortsfeste Kühler in Richtung des verformbarenKühlersgepresst wird. Befestigungsjustierungsschrauben 201, 202 derEinklemmeinrichtung bewirken, dass sich ein Anpressrahmen 203 einemKühlkörper 32 desverformbaren Kühlersnähert.Deshalb wird der Halbleiterbaustein über den ortsfesten Kühler gepresstund das verformbare Element leicht verformt. Dies erhöht einenKontaktierungsgrad zwischen dem Halbleiterbaustein und dem verformbaren Element über einisolierendes Element 17.
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Zweiseitig kühlendesHalbleitermodul (100), welches aufweist: einen Halbleiterbaustein(1); und einen ersten und einen zweiten Kühler (2, 3),welche den Halbleiterbaustein zwischen sich anordnen, wobei sowohlder erste als auch der zweite Kühlerein Kühlmittelaufweist, gekennzeichnet durch: eine Einklemmeinrichtung(20), welche bewirkt, dass der erste und der zweite Kühler denHalbleiterbaustein fest einklemmen, wobei wenigstens der ersteKühlerein verformbares Element (31) aufweist, das verformbareElement eine erste dem Kühlmittel gegenüberliegendeOberflächeund eine zweite dem Halbleiterbaustein gegenüberliegende Oberfläche aufweist,und das verformbare Element derart verformbar ist, dass esin eine Kühlmittelrichtungoder in eine Halbleiterbausteinrichtung gebogen wird.
    [2] Modul (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der erste das verformbare Element aufweisende Kühler einverformbarer Kühler(3) ist, währendder zweite Kühlerein ortsfester Kühler (2)ist, dessen die Lage betreffende Beziehung bezüglich des Halbleiterbausteinsortsfest ist.
    [3] Modul (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass der verformbare Kühlereinen eine Kühlmittelkammer (3a)bildenden Kühlkörper (32)aufweist, das verformbare Element aus einer Metallplatte gebildetist, ein Rand des verformbaren Elements derart an dem Kühlkörper befestigtist, dass das verformbare Element als eine Abdeckung der Kühlmittelkammerverwendet wird, und ein Verformungsgrad des verformbaren Elements durcheinen operativen Zustand der Einklemmeinrichtung gesteuert wird.
    [4] Modul (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Kühlkörper eindurch Stapelung von Metallplatten (31, 320, 321)gebildetes Metalllaminat aufweist.
    [5] Modul (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4,dadurch gekennzeichnet, dass die Einklemmeinrichtung aufweist: einenAnpressrahmen (203), welcher an den ortsfesten Kühler angrenztund diesen in eine Richtung des verformbaren Kühlers presst; und eineBefestigungseinrichtung (201, 202), die den Anpressrahmenan dem verformbaren Kühlerbefestigt, wobei der Anpressdruck über den Halbleiterbausteinauf das verformbare Element des verformbaren Kühlers ausgeübt wird, während ein Anpressdruck gemäß einesoperativen Zustands der Befestigungseinrichtung auf den ortsfestenKühlerausgeübtwird.
    [6] Modul (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der erste Kühlerein verformbarer Kühler(40) ist, der ein zusätzlichesverformbares Element (44), zusätzlich zu dem verformbarenElement (43), und einen eine Kühlmittelkammer (40a)bildenden Kühlkörper (41)aufweist, sowohl das verformbare Element als auch das zusätzlicheverformbare Element aus einer Metallplatte gebildet sind, einRand des verformbaren Elements derart an dem Kühlkörper befestigt ist, dass dasverformbare Element als eine Abdeckung der Kühlmittelkammer verwendet wird,um die Wärmedes Halbleiterbausteins aufzunehmen, das zusätzlicheverformbare Element derart angeordnet ist, dass es über dieKühlmittelkammerdem verformbaren Element gegenüberliegtund ein Stützelement(42) aufweist, welches innerhalb der Kühlmittelkammer aufwärts in Richtungdes verformbaren Elements hervorragt, und die Einklemmeinrichtungdas Stützelementderart in eine Richtung von dem zusätzlichen verformbaren Elementzu dem verformbaren Elements presst, dass das Stützelement bewirkt, dass dasverformbare Element gemäß einerOperation der Einklemmeinrichtung in eine Richtung des Halbleiterbausteinsgepresst wird.
    [7] Modul (101) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Einklemmeinrichtung aufweist: ein Basiselement (46),dessen die Lage betreffende Beziehung bezüglich des Kühlkörpers des verformbaren Kühlers ortsfestist; und eine Anpresseinrichtung (47), welche an demBasiselement befestigt ist und sowohl in eine Annäherungsrichtungals auch in eine Entfernungsrichtung bezüglich des Stützelementsdes zusätzlichenverformbaren Elements beweglich ist, wobei ein Bewegungsgradin Richtung des verformbaren Elements des Stützelements gemäß einemoperativen Zustand der Anpresseinrichtung geändert wird, und ein Änderungsgradin Richtung des Halbleiterbausteins des verformbaren Elements gemäß dem Bewegungsgradin Richtung des verformbaren Elements des Stützelements geändert wird,das bewirkt, dass das verformbare Element gepresst wird.
    [8] Modul (102) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass der zweite Kühlerein ortsfester Kühler(60) ist, dessen die Lage betreffende Beziehung bezüglich des Halbleiterbausteinsortsfest ist, und der ortsfeste Kühler und das Basiselement (46)derart durch ein Verbindungselement (61) verbunden sind,dass eine die Lage betreffende Beziehung zwischen dem ortsfestenKühlerund dem Basiselement ortsfest ist.
    [9] Modul (103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass sowohl der erste als auch der zweite Kühler das verformbare Element(84) aufweisen, um ein verformbarer Kühler (80) zu sein, derverformbare Kühlereinen eine Kühlmittelkammer (80a)bildenden Kühlkörper (81)aufweist, das verformbare Element aus einer Metallplatte gebildetist und ein Rand des verformbaren Elements derart an dem Kühlkörper befestigtist, dass das verformbare Element als eine Abdeckung der Kühlmittelkammerverwendet wird, und ein Änderungsgraddes verformbaren Elements durch einen operativen Zustand der Einklemmeinrichtung(72, 75) gesteuert wird.
    [10] Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die erste dem Kühlmittel gegenüberliegendeOberflächedes verformbaren Elements eine Kühlrippe(53) aufweist.
    [11] Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Einklemmeinrichtung einen Druck des Kühlmittels verwendet.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    JP4016271B2|2007-12-05|
    DE102004014911B4|2011-06-16|
    CN1332441C|2007-08-15|
    US7019395B2|2006-03-28|
    JP2004296589A|2004-10-21|
    CN1542954A|2004-11-03|
    US20050073042A1|2005-04-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-03-25| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-12-22| R020| Patent grant now final|Effective date: 20110917 |
    2019-10-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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