[发明专利]功率半导体器件的集成冷却模块

说明书

技术领域

本公开涉及与功率半导体器件集成的冷却模块，并且更特别地涉及集成液体冷却模块结构。

背景技术

在从常规工业应用变化到家用电器应用等的宽泛的应用范围内利用诸如绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块之类的功率半导体器件。在这些应用的许多应用中，在设备中产生热，并且可能需要从设备去除该产生的热。

通常，可用热沉从设备去除热。热沉可由导热材料构造而成，其可从设备吸收热且然后将热传递至周围环境。例如，包括柱鳍结构的热沉可直接地从功率半导体模块去除热。在更复杂的示例中，包括冷却柱鳍的热沉还可包括从功率半导体模块提取热的流体流系统。然而，冷却系统的成本由于冷却流体的利用也高度提高。例如，对于“六合一”模块封装而言，可能需要三个功率半导体模块用于将封装的一侧冷却，并且可能需要六个此类冷却模块用于将封装的两侧都冷却。在此类设计中，成本和重量变成首要的设计考虑。

冷却功率半导体器件的另一方法可涉及向冷却器施加热油脂以帮助从功率半导体器件耗散热。然而，利用的冷却器可能是昂贵的，并且此外，用这种方法，可能由于热油脂的高热阻而可能难以使热沉充分地从功率半导体器件耗散热。另外，向冷却器平坦且光滑地施加热油脂膏可能是有问题的。

因此，在本领域中需要提供一种用于以低成本、轻重量和容易的安装来提供用于功率半导体器件的冷却模块。

发明内容

根据本公开的一个方面，公开了一种半导体模块，具有：至少一个功率半导体器件，其中，所述至少一个功率半导体器件具有第一和第二平面侧；第二导热基板，与功率半导体器件的第一平面侧进行热接触；第一冷却模块，限定第一腔，该第一腔与第一导热基板进行热接触，并且第一冷却模块与第一导热基板机械相连；第一进口，被提供在第一腔中用于接收冷却剂；第一出口，被提供在第一腔中用于排放所述冷却剂；其中，功率半导体器件与腔是防冷却剂隔离的。功率半导体器件包括与二极管并联的绝缘栅双极晶体管（IGBT）。第一导热基板是直接铜结合（DCB）基板或直接铝结合（DAB）基板。第一冷却模块由防冷却剂材料、例如塑料构成。冷却剂由气体、液体（例如水）以及气体、液体和固体的混合物中的一种构成。半导体模块还包括由注模填料构成的中间层，其中嵌入了功率半导体器件。此外，被模塑到中间层中的锚定件形成冷却模块与中间层之间的机械连接。

根据本公开的另一方面，公开的半导体模块还具有：至少一个导热隔离物，被嵌入中间层中，该导热隔离物具有第一和第二平面侧，其中，导热隔离物的第一平面侧被结合到功率半导体器件的第二平面侧；第二导热基板，与导热隔离物的第二平面侧进行热接触；第二冷却模块，限定第二腔，第二腔与第二导热基板进行热接触，并且第二冷却模块与第二导热基板进行机械连接；以及第二进口，被提供在第二腔中用于接收冷却剂；第二出口，被提供在第二腔中用于排放冷却剂。该中间层形成与导热隔离物的第二平面侧共面的表面。第二导热基板是直接铜结合（DCB）基板或直接铝结合（DAB）基板。第二冷却模块由防冷却剂材料、例如塑料构成。冷却剂由气体、液体（例如水）以及气体、液体和固体的混合物中的一种构成。

根据本公开的另一方面，半导体模块的第一进口、第一出口、第二进口和第二出口中的至少一个连接到泵。第一冷却模块和第二冷却模块中的至少一个包含冷却鳍。可替换地，第一冷却模块和第二冷却模块中的至少一个包含多个通道壁。

根据本公开的一方面，公开了一种用于产生具有冷却模块的功率半导体器件的方法，包括：在导热基板的第一侧提供功率半导体器件，其中，导热基板具有第一周界；将冷却模块机械地连接在导热基板的第二侧，其中，冷却模块具有在从导热基板的第二侧到第一侧的方向上延伸的至少一个突出结构；以及将功率半导体器件嵌入注模填料中，其中，所述注模填料啮合至少一个突出结构的至少一部分，在物理上将冷却模块接合到导热基板成为单个封装，并在冷却模块与导热基板之间提供防冷却剂密封。

附图说明

附图不一定按比例，而是通常将重点放在说明本公开的原理上。出于说明本公开的目的，示出了本公开的附图方面。然而，应理解的是本公开不限于所示的精确布置和手段。在所述附图中：

图1A示出了根据本公开的示例性实施例的功率半导体模块的截面图。

图1B示出了根据图1A中所示的示例性实施例的机械连接的详图。

图1C示出了根据本公开的示例性实施例的具有图1的双面冷却模块的功率半导体模块的透视图。

图2示出了根据本公开的另一示例性实施例的功率半导体模块的截面图。