[发明专利]大功率半导体模块的散热装置

说明书

本发明涉及到功率电子学领域。本发明涉及在其中有散热器下半部和散热器上半部的大功率散热装置，其中散热器上半部与散热器下半部是材料结合地连接在一起的，和在其中散热器上半部有由金属型片复合体制成的散热板用于安放至少一个半导体元件。以及涉及此种大功率半导体模块散热装置的制造方法，其中成形散热器上半部和散热器下半部和散热器上半部和散热器下半部相互是材料结合地连接的。

例如在EP-A-0′597′144中已知大功率在半导体模块上有多个半导体元件(例如可控硅，IGBTs或者二极管)，在一个共同的壳体内将这些组合成合理的功能单元。目前这种大功率半导体模块运行在电压范围为6.5kV和必须相应地散热。为此将半导体元件焊接在共同的散热装置上，一般来说使冷却液流过散热装置。作为散热装置常常使用铝散热器。然而铝的缺点是其热膨胀系数与半导体元件特别是其电绝缘板或者半导体芯片的相应的热膨胀系数不匹配。因此出现机械应力，这导致半导体元件和散热装置之间焊接层的疲劳和因此导致电触点脱开。

因此DE-A-196′43′717建议一种散热装置，其热膨胀系数与半导体元件的热膨胀系数是匹配的。为此使用由金属型片复合体制成的散热装置，特别是由铝碳化硅(AlSiC)或者铜碳化硅(CuSiC)制成的。例如将制造这样的金属陶瓷复合材料的方法叙述在James A.Cornie所著“先进的压力渗入铸造技术制造近似绝对网状的金属型片合成部件的成本竞争”，材料技术，10卷，3/4期，3月/4月1995年。

有利的是散热装置有横梢或者筋板形状的散热单元使散热面增加和因此改善热传导，以致散热装置具有相对复杂的几何形状。在一种第一实施形式中散热装置是由金属型片复合体整体浇注的。然而这样的散热装置相对比较贵，因为特别是在复杂的几何形状下制造散热装置很麻烦和此外由相对比较贵的材料构成。在另外的实施形式中只是将散热板由金属型片复合体构成，其余零件是由价格便宜的材料特别是由塑料制成的，其中将两个零件粘结在一起。这种实施形式的缺点是粘结连接受到寿命决定的疲劳现象。

在EP-A-0′661′917中已知一种另外的散热装置。这种散热装置是由散热器下半部和散热器上半部构成的，其中散热器下半部与散热器上半部是材料结合连接在一起的。两个散热器零件是由金属型片复合体(MMC)组成的，例如由铝碳化硅构成的。在制造过程中将散热器零件材料结合连接在一起。为此首先制造散热器零件的陶瓷预成形件(预成形)，上下重叠和随后将金属渗入到两个零件上。共同的渗入应该允许借助于毛细流使金属通过两个零件的细孔流动和这样将两个零件相互连接。这种散热装置由于制造复杂和由于材料选择相对比较贵。因为连接质量依赖于毛细流，根据散热器零件的形状难于制造足够结合密实的复合体。

因此本发明的任务是创造开始叙述类型的价格便宜和容易制造的散热装置。

此任务是这样解决的，即在开始所述类型大功率半导体模块的散热装置的散热板上成形一个金属边和在散热器上半部和散热器下半部之间经过金属边进行材料结合的连接。此大功率半导体模块散热装置的制造方法是，成形散热器上半部和散热器下半部，散热器上半部和散热器下半部相互是材料结合连接的。为了构成散热器上半部将散热板由金属型片复合体制造，和在其上成形金属边，散热器下半部借助于金属边与散热器上半部相连接。

按照本发明的散热装置是由一个散热器下半部和一个散热器上半部构成的，其中散热器上半部有由金属型片复合体制成的特别是铝碳化硅制成的散热板，在其上成形一个金属边。此时将两个散热器零件经过金属边相互材料结合地连接。

如果为了形成散热板在陶瓷预成形件的金属渗入时使用余下的金属构成金属边，则可以将散热板和金属边在共同制造步骤中制造。

由于在散热板上整体成形的金属边可以用简单的方式和方法制成固定的和时间耐久的散热器上半部与散热器下半部的连接。散热器下半部可以由价格便宜的，容易成形的和可加工的材料特别是由铝制造。通过散热器下半部适当的材料选择在连接处可以避免应力和弯曲。优先是散热器下半部与散热器上半部由同一种材料制造。作为连接方法最好是用摩擦焊，因为这只引起散热装置局部的热影响。

这样的散热装置将由金属型片复合体制成预先知道的散热元件的优点与预先知道的铝散热器的优点组合在一起，此时散热装置可以容易和价格便宜地制造。通过专门的边，用简单的方法可以与散热器下半部连接，此时可以避免弯曲。

其他优异的实施形式是由从属权利要求得到的。

在下面借助附图示出的优异实施例详细叙述本发明对象。附图表示：