[发明专利]半导体模块装置和用于生产及运行半导体模块装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在冷却体上的半导体模块装置以及这种半导体模块装置的运行。半导体模块会产生非常多的余热，特别是当它高功率运转时，这些余热必须通过适当的措施散发。对此有很多的方案，但部分是非常昂贵的，和/或会阻碍半导体模块装置的运转。一个基本上实用的冷却方法是例如液体方案。然而这种方法在模块运转时需要一个通常是封闭的液体循环。部分地还要使用泵，使液体穿过冷却体。液体冷却过的冷却体可以紧凑并且容易地设计，这样将这种冷却体集成到一个模块中（直接焊接冷却体上的基板）是可能的，而不会产生巨大的模块体积和模块重量。这种结构还总能以较低的成本配送至世界各地。

背景技术

特别是在没有使用液体冷却、如使用空气冷却的装置中需要使用大型的冷却体。对于与标准模块相比较大和较重的装置以及具有液体冷却体的装置来说，使用了具有平坦的下侧的模块。为了导热地填充模块和冷却体之间的细微的不平度，要在模块和冷却体之间应用导热膏。这种材料的导热率最大为1W/(m*K)，因此比空气好一些，但会与金属接触对象相比会产生一定的热阻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体模块，这种半导体模块可有效地散发在模块内所产生的热量，并且可以通过简单的方式将其安装在冷却体上。另一个目的在于提供一种用于生产及运行这种半导体模块装置的方法。

该目的通过一种根据权利要求1所述的半导体模块装置、通过一种根据权利要求14所述的用于生产半导体模块装置的方法、以及一种根据权利要求18所述的用于运行半导体模块装置的方法来实现。本发明的设计方案和改进方案是从属权利要求的对象。

本发明的一个方面涉及一种半导体模块装置。该半导体模块装置包括半导体模块，该半导体模块具有上侧、与该上侧相对的下侧以及多个形成在该上侧上的电连接接触件。这种模块装置还包括印刷电路板、带有装配面的冷却体以及一个或多个用于将印刷电路板固定在冷却体上的紧固件。在这个意义上说，印刷电路板理解为每种传统的印刷电路板（PCB），但是也可理解为例如所谓的层叠母线排（“laminated bus bar”），其中分别可被结构化的两个或多个印刷电路板通过分别位于两个相邻导体层之间的电介质平面地粘贴在一起（即叠层的）。同样，所谓的条形导体被看作是印刷电路板。

在这种情况下，或是在半导体模块的下侧上设计多个突起并在冷却体的装配面上设计多个用于容纳突起的容纳区域，或是在冷却体的装配面上设计多个突起并在半导体模块的下侧上设计多个用于容纳突起的容纳区域。在每一种情况下，每一个突起都延伸至其中一个容纳区域内。与传统的布置相比，通过突起和容纳区域可以增大半导体模块和冷却体之间的接触面，因而可更好地将半导体模块的余热导入至冷却体。突起的数量基本上是任意的，当然随着突起数量的增加，半导体模块和冷却体之间的接触面也会增大。因此，在模块基面每平方厘米内突起的数量可以是例如大于或是等于1。

此外，为了使半导体模块易于固定到冷却体上，半导体模块没有直接形状配合地与冷却体连接在一起，也就是说，要么是半导体模块和冷却体之间根本没有形状配合的连接，要么是半导体模块和冷却体之间的每一个形状配合的连接只是通过印刷电路板间接实现的，借助该印刷电路板半导体模块通过它的连接接触导电地并且机械上足够稳定地连接。

模块装置还可任选地包括模块壳体，该模块壳体与冷却体相连接（冷却体安装在壳体上或是壳体安装在冷却体上），它还通过螺钉固定或是夹杆或是夹板等支撑印刷电路板。

这种半导体模块装置的生产是这样来实现的，即将突起分别置入到一个容纳区域内，而且不管是突起位于半导体模块上并且容纳区域位于冷却体上还是相反，突起位于冷却体上并且容纳区域位于半导体模块上。

附图说明

接下来将参照附图借助实施例来阐释本发明。在附图中除非另有注明相同的或是相同作用的元件使用同一个附图标记来标明。附图示出：

图1是安装前的半导体模块装置的第一个实施例的组件的剖面图，其中突起安装在半导体模块上并且容纳区域安装在冷却体上；

图2是将半导体模块安装到印刷电路板上之后的根据图1的组件；

图3是已完成的根据图1和图2的半导体模块装置；

图4A是根据图3的视图的放大了的截面图；

图4B是穿过图4A中所示出的截面E1内的突起的水平剖面图；

图5A是在半导体模块装置的可选设计方案，根据图4A的截面，在该半导体模块装置中热传导介质被置入到突起和各自的容纳区域之间；

图5B穿过图5A中所示出的截面E2内的突起的水平剖面图；