[发明专利]具有集成冷却的汇流条组件

说明书

相关参考

本申请要求于2007年12月19日提交的美国临时申请专利序号为NO.61/015002的优先权。

技术领域

本发明通常涉及半导体器件，并且更具体地涉及结合一个或多个汇流条的功率半导体元件。

背景技术

诸如那些用于混合动力车辆中的高端电机系统通常采用一个或多个高功率模块进行控制。牵引驱动系统例如包括电机、变速箱、驱动单元、和用于控制电机的逆变器。逆变器和驱动单元通常位于分离的底盘中。

逆变器通常包括IGBT(绝缘栅双极晶体管)和大功率硅二极管。这些功率元件被安装(例如，焊接)在DBC(直接敷铜)基板上，该基板含有绝缘陶瓷层夹在其中的铜层。使用导线键合或其它的互连方式在汇流条(通常为粗铜棒)和各种晶片之间提供电连接，其中该汇流条提供与外部系统的电通信。

所期望的是，降低这些电子元件的复杂程度同时提高这些电子元件的热传递特性。通常，已知的汇流条组件通常利用大的散热器或气冷单元，这样就导致额外的元件、增加成本和额外所需要的空间。

因此，需要在诸如与电机控制逆变器结合使用的功率器件中改善热传递方法。本发明其它的所期望的性质和特征结合附图和前述的技术领域及背景技术，在随后的详细说明和所附的权利要求中将变得清楚。

附图说明

通过结合以下附图考虑，参考详细的说明和权利要求，可以更完整地理解本发明，其中在整个附图中，相同的附图标记表示类似的元件。

图1是根据本发明一个实施例的汇流条组件的简化总览图；

图2是图1的汇流条组件的横截面视图；

图3是图2中标明的具体部分的横截面视图；和

图4是与本发明相结合的热传递概念图。

具体实施方式

以下的详细描述实际上仅是说明性的，而不是旨在限制本发明或本发明的应用和使用。而且，存在于前述的技术领域、背景技术、简要说明或以下详细描述中的任何明示或暗示的原理都没有限制的意图。本发明在此可以按照功能和/或逻辑块元件以及各种处理步骤来进行描述。应当意识到的是，这些块元件可以由配置成以完成特定功能的任意数目的硬件、软件、和/或固件元件来实现。为了简明的目的，与半导体处理、晶体管理论、封装和功率模块相关的传统技术和系统在此不再详细描述。

总体上，本发明涉及集成有用于散热的汇流条的功率器件，从而降低由此得到的功率元件的成本、质量和体积。

如以上所提及的，与电机结合使用的逆变器通常包括与相应的二极管(例如，硅二极管)连接的一个或多个IGBT(绝缘栅双极晶体管)。这些元件通常安装(例如，焊接)在DBC(直接敷铜)基板上，其中该DBC的相对侧用作与散热器的接触面。晶片和二极管侧互相连接(通过导线或类似物)至汇流条接点上。

然而，根据本发明，功率晶片本身(例如，IGBT晶片)和二极管直接安装在汇流条上，并且所述两个元件被适当的连接。如以下更详细地描述，汇流条用作散热器，并利用微型通道、微针型肋片直接冷却或任何其它热传递方法进行自身冷却。本发明还可以使用除了IGBT之外的其它器件，如WBG(宽带间隙)器件(例如由碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)制成的VJFET(垂向结型场效应晶体管)。

图1是根据本发明的一个实施例的示例性汇流条组件100的简化平面图。如所示，组件100包括具有向外突出并配置成以常规方式与外部元件电连接的正极端子110和负极端子112的多个汇流条。类似的，汇流条162具有配置用于电连接至诸如驱动电机的AC装置的输出节点114。

两个集流管120和130，连接到组件100的相对端。集流管120与入口122流体连通，集流管130与出口132流体连通。集流管120配置成接收来自加压流的冷却剂，并且集流管130与例如下游热交换器流体连通，该下游热交换器配置成从流出的冷却剂中移除热量。

如以下进一步详细描述地，多种半导体晶片元件，诸如IGBT102和104、二极管106和108、门极驱动器107直接连接至多种汇流条。