專利名稱：功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于已公知的功率半導(dǎo)體模塊的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
功率半導(dǎo)體模塊以不同的實(shí)施形式被公知。在典型的實(shí)施形式中，帶功率半導(dǎo)體電路的襯底和基體一起被組裝成功率半導(dǎo)體模塊。在此情況下需要注意的是在功率半導(dǎo)體電路、基體和為此所布置的冷卻體之間的熱傳遞確保對(duì)由功率半導(dǎo)體電路中產(chǎn)生的廢熱的所期望的運(yùn)走；以及簡(jiǎn)單地、優(yōu)選自動(dòng)化地安裝功率半導(dǎo)體模塊能實(shí)現(xiàn)。例如DE 10 2005 037 522描述了一種用于在冷卻體上安裝的功率半導(dǎo)體模塊， 其中，功率半導(dǎo)體模塊具有金屬的基體，該基體形成盆并且在五個(gè)側(cè)面上包圍布置在該盆中的、承載了功率半導(dǎo)體電路的襯底。該基體基于銅突出的熱導(dǎo)性而優(yōu)選由銅制成?；w可以直接例如借助粘接連接或螺栓連接與冷卻體相連。這種功率半導(dǎo)體模塊的缺陷是通過基板和冷卻體之間的連接所造成的、不理想的從功率半導(dǎo)體電路朝冷卻體的熱傳遞。

發(fā)明內(nèi)容
在這種背景下，本發(fā)明基于如下任務(wù)，S卩，提出一種經(jīng)改良的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)，在這種功率半導(dǎo)體系統(tǒng)中，能實(shí)現(xiàn)從功率半導(dǎo)體電路到冷卻介質(zhì)上的有效熱傳遞。此外，本發(fā)明建議，將功率半導(dǎo)體電路布置在壁元件的外壁上，壁元件的內(nèi)壁形成了設(shè)置用于冷卻半導(dǎo)體電路的、導(dǎo)引流動(dòng)的工作介質(zhì)的管路系統(tǒng)的液密和/或氣密的壁。 由此實(shí)現(xiàn)對(duì)功率半導(dǎo)體電路的出色的冷卻。依據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)具有用于流動(dòng)的工作介質(zhì)、例如冷卻液或冷卻氣體的管路系統(tǒng)。該管路系統(tǒng)可以是被封閉的管路系統(tǒng)或形成除入口和出口之外的被封閉的管路系統(tǒng)。由此，防止工作介質(zhì)發(fā)生不期望的泄漏。入口和出口可以布置在金屬成型體的同側(cè)、優(yōu)選布置在金屬成型體的端側(cè)上。另外，入口和出口可以用于將管路系統(tǒng)聯(lián)接到泵系統(tǒng)上。該管路系統(tǒng)可以聯(lián)接到泵系統(tǒng)上，以便通過管路系統(tǒng)泵送工作介質(zhì)。在此，管路系統(tǒng)可以和泵系統(tǒng)一起形成被封閉的管路系統(tǒng)。用于送出熱量的、在管路系統(tǒng)內(nèi)的工作介質(zhì)循環(huán)， 既可以被動(dòng)地基于工作介質(zhì)的加熱例如以熱虹吸管形式或所謂的熱管形式實(shí)現(xiàn)，也可以主動(dòng)地例如通過如上所述的泵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。可以自由選擇工作介質(zhì)。工作介質(zhì)在正常條件下可以是氣態(tài)或液態(tài)的。技術(shù)人員已知對(duì)于熱虹吸管和熱管而言適用的工作介質(zhì)。此外，屬于此的有水、油、乙醇、丙酮和氨或這些物質(zhì)的混合物。在管路系統(tǒng)內(nèi)傳送熱量時(shí)，工作介質(zhì)可以在液態(tài)和氣態(tài)之間變換。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)具有帶外側(cè)和內(nèi)側(cè)的壁元件。外側(cè)可以理解成是壁元件的基本上背離管路系統(tǒng)的那一側(cè)以及內(nèi)側(cè)可以理解成是壁元件的基本上面朝管路系統(tǒng)的那一側(cè)。在此，壁元件的內(nèi)側(cè)和外側(cè)可以形成壁元件的主面。內(nèi)側(cè)和外側(cè)可以(分別單獨(dú))平坦地構(gòu)造或結(jié)構(gòu)化地構(gòu)造。例如上側(cè)可以具有至少一個(gè)用于固定功率半導(dǎo)體電路的結(jié)構(gòu)元件。
壁元件可以是板狀的或基本上板狀的或具有至少一個(gè)基本上板狀的區(qū)段，該區(qū)段形成壁元件的基本元件。在此情況下，“基本”被如下地理解，即，至少部分通過該元件或區(qū)段確保了壁元件的所述功能，倘若這些功能對(duì)壁元件的相應(yīng)的實(shí)施形式而言不是隨意選擇的。在基本上板狀的壁元件中，在壁元件的內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間的間距與壁元件的長(zhǎng)度相比要小，例如小于壁元件長(zhǎng)度的10%或5%。類似地，在板狀區(qū)段的區(qū)域中，壁元件的內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間的間距與板狀區(qū)段的長(zhǎng)度相比要小，例如小于板狀區(qū)段長(zhǎng)度的10%或5%。通過這個(gè)至少部分小的間距，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間良好的熱導(dǎo)性。通過板狀的形狀、至少局部板狀的形狀，用很少的材料消耗就達(dá)到了傳熱面積與內(nèi)側(cè)與外側(cè)之間的間距的良好比例。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)具有布置在壁元件的外側(cè)上的功率半導(dǎo)體電路。在適當(dāng)選擇壁元件的形狀和/或大小的情況下能夠有利于功率半導(dǎo)體電路在壁元件的外側(cè)上的簡(jiǎn)單的和/ 或自動(dòng)化的和/或可靠的安裝。此外，壁元件可以賦予功率半導(dǎo)體電路穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性在之后將壁元件與管路系統(tǒng)組裝時(shí)保護(hù)功率半導(dǎo)體電路。當(dāng)功率半導(dǎo)體電路在其開始運(yùn)行之后，也就是說在使用位置上，應(yīng)該進(jìn)行更換時(shí)，那么這一點(diǎn)會(huì)起作用。在本公開的意義中，功率半導(dǎo)體電路可以是帶有至少一個(gè)額定電壓超過100V或甚至超過600V的半導(dǎo)體器件的電路。在本發(fā)明公開的意義中，功率半導(dǎo)體電路可以是一種電路，用這種電路可以讓第一電勢(shì)和第二電勢(shì)之間的電流路徑根據(jù)至少一個(gè)控制信號(hào)選擇性地在基本上閉合(低阻抗)的狀態(tài)和基本上打開(高阻抗)的狀態(tài)之間切換，其中，在第一電勢(shì)和第二電勢(shì)之間的差大于100V或甚至大于600V，或其中，在閉合狀態(tài)下規(guī)律通過電流路徑流動(dòng)的電流大于100A或甚至大于1000A。依據(jù)本公開的教導(dǎo)，壁元件的內(nèi)側(cè)形成管路系統(tǒng)的液密和/或氣密的壁。以此方式可以實(shí)現(xiàn)，使功率半導(dǎo)體電路布置得十分靠近設(shè)在管路系統(tǒng)中的、流動(dòng)的工作介質(zhì)，由此，有利于在功率半導(dǎo)體電路和流動(dòng)的工作介質(zhì)之間的熱傳遞以及因而也有利于在功率半導(dǎo)體電路中產(chǎn)生的廢熱的運(yùn)出。壁元件的內(nèi)側(cè)應(yīng)當(dāng)形成管路系統(tǒng)的氣密的壁還是應(yīng)當(dāng)僅形成管路系統(tǒng)的液密的壁，則取決于所使用的工作介質(zhì)以及有待預(yù)期的運(yùn)行狀況。若預(yù)料到工作介質(zhì)可能處在氣態(tài)，那么壁元件的內(nèi)側(cè)應(yīng)當(dāng)具有氣密性。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)可以具有金屬成型體，例如完全或部分由銅和/或鋁制成的金屬成型體，該金屬成型體是與壁元件分開的或能分開的構(gòu)造物。在此情況下優(yōu)選的是，金屬成型體和壁元件由相同的材料、優(yōu)選由鋁構(gòu)造。壁元件可以力鎖合和/或形狀鎖合地固定在金屬成型體上。在此情況下已公知的螺栓連接、卡扣止動(dòng)連接或通過壁元件和/或金屬成型體的區(qū)段式的變形所構(gòu)造的連接是優(yōu)選的?；诮饘偻ǔＡ己玫臒釋?dǎo)性，金屬是適合傳輸廢熱的材料，所述廢熱例如基于溫度梯度而從功率半導(dǎo)體電路傳送給金屬成型體。金屬成型體可以形成為冷卻體，例如帶凸紋的冷卻體。管路系統(tǒng)可以布置在金屬成型體之內(nèi)和/或之上。與工作介質(zhì)是液態(tài)還是氣態(tài)無關(guān)，這類金屬成型體通常被標(biāo)稱為經(jīng)液體冷卻的冷卻體，并且在該位置中，大量廢熱由金屬成型體運(yùn)走，因?yàn)楣ぷ鹘橘|(zhì)用作熱量傳送劑。管路系統(tǒng)的一部分尤其通過金屬成型體內(nèi)的空腔、例如通過鉆孔形成。由此有利于將熱量從金屬成型體傳遞給工作介質(zhì)。金屬成型體也可以具有凹部，電容器布置在該凹部中，電容器借助澆鑄材料相對(duì)金屬成型體電絕緣。以此方式可以將金屬成型體用作冷卻體和/或用作用于各種功率半導(dǎo)體組件的承載件。金屬成型體可以具有形成管路系統(tǒng)一部分的第一空腔，該第一空腔具有在金屬成型體的至少一個(gè)表面上的開口。壁元件可以以如下方式安裝在金屬成型體上，即，使得壁元件的內(nèi)側(cè)液密和/或氣密地封閉所述開口。這類空腔可以簡(jiǎn)單地制造，例如通過使用用于制造金屬成型體的相應(yīng)的鑄?；蛲ㄟ^對(duì)金屬成型體進(jìn)行鉆孔或銑削。同樣簡(jiǎn)單地可以基于壁元件的內(nèi)側(cè)的液密性和/或氣密性封閉所述開口。例如，壁元件的內(nèi)側(cè)可以完全遮蓋開口且壁元件的內(nèi)側(cè)可以將開口朝外通過在開口的整個(gè)周邊上沿著開口的整個(gè)周邊與金屬成型體的直接接觸、優(yōu)選借助彈性的密封元件而液密和/或氣密地密封。在此，壁元件可以貼靠在金屬成型體的外表面上或該壁元件可以在開口的內(nèi)部，例如沿著設(shè)在開口內(nèi)周邊上的接片，建立起與金屬成型體的氣密或液密的連接。因此開口，連同另外的設(shè)在金屬成型體中的空腔，形成管路系統(tǒng)的一部分。流入到第一空腔中的工作介質(zhì)可以與壁元件的內(nèi)側(cè)直接接觸。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)可以具有彈性的密封元件、例如0形圈。也可以由多個(gè)單獨(dú)的密封元件所形成的密封元件可以和壁元件、例如和壁元件的內(nèi)側(cè)共同作用，以便在金屬成型體的至少一個(gè)上表面上液密和/或氣密地封閉如上所述的開口。壁元件例如可以固定在金屬成型體上并且密封元件以眾所周知的方式以如下方式夾緊在壁元件和金屬成型體之間并且繞開口周圍布置，即，使得開口被液密和/或氣密地封閉。密封元件例如可以布置在開口的內(nèi)周邊的區(qū)域中。密封元件可以鄰近開口的周邊、例如沿著設(shè)在開口的內(nèi)周邊上的接片，繞開口周圍延伸。在此，密封元件可以位于開口之內(nèi)或之外。彈性的密封元件的使用可以在將壁元件安裝在金屬成型體上時(shí)降低功率半導(dǎo)體電路受損的危險(xiǎn)，因?yàn)楸仨殲榱舜_保密封性在壁元件上施加相對(duì)較小的力。上面所提及的在金屬成型體中的第一空腔可以具有與管路系統(tǒng)的入口側(cè)區(qū)段連接的第一開口和/或與管路系統(tǒng)的出口側(cè)區(qū)段連接的第二開口。以此方式可以確保，工作介質(zhì)通過第一空腔至少在第一和第二開口之間流動(dòng)。出于這個(gè)原因，空腔可以具有稍長(zhǎng)的形狀，其中第一開口位于空腔長(zhǎng)度的最外面的三分之一處，以及第二開口位于空腔長(zhǎng)度的與第一開口對(duì)置的最外面的三分之一處。第一和第二開口可以分別延伸超過空腔寬度的 60%或超過80%。由此，確保了工作介質(zhì)流穿過空腔的大部分。管路系統(tǒng)的入口側(cè)的區(qū)段和/或出口側(cè)的區(qū)段可以分別通過單獨(dú)的鉆孔形成。例如，管路系統(tǒng)的入口側(cè)的區(qū)段和/ 或出口側(cè)的區(qū)段可以通過金屬成型體內(nèi)的鉆孔形成，該鉆孔橫向于第一空腔的長(zhǎng)度延伸。 因而，可以以如下方式來制造第一和/或第二開口，即，將空腔銑削直至鉆孔到金屬成型體的平面中。在空腔和鉆孔之間的接口處，無須進(jìn)一步附加工序就生成了第一和/或第二孔口。可以以如下方式彼此平行地在金屬成型體中成型多個(gè)空腔，即，使這些空腔僅鑒于它們的縱軸分別彼此錯(cuò)開。以此方式可以使單個(gè)鉆孔起到作為用于所有空腔的管路系統(tǒng)的入口側(cè)的區(qū)段和/或出口側(cè)的區(qū)段的作用。金屬成型體可以具有入口和出口。管路系統(tǒng)可以液密和/或氣密地在入口和出口之間延伸。對(duì)于良好地連接到其它管路系統(tǒng)上、例如連接到泵系統(tǒng)的管路系統(tǒng)上而言有益的是，金屬成型體具有被限定的入口和被限定的出口。例如，金屬成型體可以具有僅一個(gè)單獨(dú)的入口和/或僅一個(gè)單獨(dú)的出口。由此也更為簡(jiǎn)單地確保了管路系統(tǒng)的液密性和/或氣密性。管路系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)氣密還是應(yīng)當(dāng)僅液密地在入口和出口之間延伸，取決于所使用的工作介質(zhì)和有待預(yù)期的運(yùn)行情況。當(dāng)預(yù)料到工作介質(zhì)可能是氣態(tài)時(shí)，那么管路系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有氣密性。
功率半導(dǎo)體系統(tǒng)可以具有固定在金屬成型體上的框架?？蚣芸梢允贡谠︽i合和/或形狀鎖合地固定在金屬成型體上。例如，框架可以將壁元件相對(duì)金屬成型體按壓?？蚣艿氖褂迷试S了到壁元件的不同部位上的同時(shí)力作用。由此可以降低布置在壁元件上的功率半導(dǎo)體電路發(fā)生有害的機(jī)械變形的可能性。框架可以由電絕緣的材料、例如合成材料制成?？蚣芤部梢灾辽俳^大部分地由導(dǎo)電的材料、例如金屬制成，導(dǎo)電的材料借助絕緣材料相對(duì)功率半導(dǎo)體電路的導(dǎo)引電流的元件電絕緣?？蚣芸梢砸匀缦路绞叫纬?，即，使框架僅在壁元件的外側(cè)的外邊緣區(qū)域中貼靠在壁元件上?？蚣芸梢越柚茏詣?dòng)化建立的連接、例如借助螺栓連接或卡扣連接固定在金屬成型體上。由此，有利于壁元件和框架的自動(dòng)化安裝。功率半導(dǎo)體電路的導(dǎo)引電流的元件可以相對(duì)所述壁元件的內(nèi)側(cè)電絕緣，功率半導(dǎo)體電路布置在該內(nèi)側(cè)上。功率半導(dǎo)體電路的導(dǎo)引電流的元件可以相對(duì)所述壁元件的外側(cè)電絕緣，功率半導(dǎo)體電路布置在該外側(cè)上。以此方式避免了在功率半導(dǎo)體電路和功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的另外的元件、例如金屬成型體和/或工作介質(zhì)之間產(chǎn)生不期望的電流路徑。功率半導(dǎo)體電路可以以專業(yè)公知的方式具有裝備有功率半導(dǎo)體的襯底。壁元件的金屬冷卻體可以構(gòu)造成簡(jiǎn)單的金屬板或構(gòu)造成帶垂直于或基本上垂直于金屬面的主面持距放置的冷卻肋或冷卻銷。冷卻肋和/或冷卻銷可以造成冷卻體的散熱面積變大。管路系統(tǒng)可以用流動(dòng)的工作介質(zhì)填充。工作介質(zhì)可以使壁元件的內(nèi)側(cè)與工作介質(zhì)接觸。通過工作介質(zhì)與壁元件的內(nèi)側(cè)直接接觸，實(shí)現(xiàn)了非常良好的將由功率半導(dǎo)體電路產(chǎn)生的廢熱的送出。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)可以具有多個(gè)如上所述的第一空腔。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)可以具有多個(gè)如上所述的壁元件。通過單獨(dú)的空腔在金屬成型體的至少一個(gè)表面上形成的、單獨(dú)的開口中的多個(gè)或所有開口可以通過唯一的壁元件被液密和/或氣密地封閉。同時(shí)，單獨(dú)的開口中的各個(gè)開口可以分別通過各個(gè)壁元件液密和/或氣密地封閉。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)可以具有如上所述的框架，該框架將多個(gè)壁元件例如以上述方式相對(duì)金屬成型體按壓。


隨后根據(jù)實(shí)施例說明本發(fā)明，實(shí)施例根據(jù)附圖作詳細(xì)闡釋。附圖中圖1示出了用于依據(jù)第一實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的金屬成型體的立體圖；圖2示出了依據(jù)第二實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的立體圖；圖3示出了依據(jù)第三實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的立體圖；圖4示出了依據(jù)第四實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)；圖5示出了依據(jù)第四實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的示意性剖面圖；以及圖6示出了依據(jù)第六實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的示意性剖面圖。在隨后的說明中對(duì)于相同的和作用相同的部件應(yīng)用了相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式圖1示出了用于依據(jù)第一實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100的金屬成型體40的立體圖。金屬成型體作為用于功率半導(dǎo)體電路的冷卻體，該冷卻體可以通過流動(dòng)的工作介質(zhì)冷卻。金屬成型體40具有多個(gè)大致呈矩形的空腔41和這些空腔的多個(gè)開口 42。設(shè)置有入口和出口 13、14用來輸入和輸出工作介質(zhì)。入口通過相應(yīng)的開口 42與金屬成型體40的相應(yīng)的空腔41以如下方式連接，即，空腔41與入口 13形成用于流動(dòng)的工作介質(zhì)的管路系統(tǒng) 10。開口 43在圖1中沒有示出，用于流動(dòng)的工作介質(zhì)的空腔41通過開口 43 (與開口 42類似)與出口 14連接。流入到入口 13中的工作介質(zhì)因此經(jīng)由開口 42流過空腔41并且緊接著流向出口 14。將相應(yīng)的密封元件50繞相應(yīng)的空腔41周邊布置，密封元件與承載功率半導(dǎo)體電路30的、在圖1中未示出的壁元件20共同作用，以便液密和/或氣密地封閉在金屬成型體的上表面中形成相應(yīng)的空腔41的相應(yīng)的開口。圖2是依據(jù)第二實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100的立體圖。在圖2中所示出的實(shí)施形式也具有如圖1中所示的、帶有上述特征的金屬成型體40。在圖2中所示出的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100也具有多個(gè)壁元件20。在相應(yīng)的壁元件20的背離金屬成型體40的外側(cè)上布置有功率半導(dǎo)體電路30。每個(gè)壁元件20遮蓋一個(gè)在圖2的視圖中由于通過相應(yīng)的壁元件 20遮蓋而無法看到的空腔41，由此，液密和/或氣密地封閉在金屬成型體40的上表面中形成相應(yīng)地被遮蓋的空腔41的相應(yīng)的開口。在此，相應(yīng)的壁元件20的在圖2的視圖中無法看到的內(nèi)側(cè)22形成上面所提及的管路系統(tǒng)10的液密和/或氣密的壁。這些內(nèi)側(cè)22與流過管路系統(tǒng)10的流動(dòng)的工作介質(zhì)直接接觸，這造成壁元件20的非常良好的冷卻以及因而也造成布置在壁元件20的外側(cè)上的功率半導(dǎo)體電路30的非常良好的冷卻。圖3示出了依據(jù)第三實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100的立體圖。在圖3中所示出的實(shí)施形式也具有如在圖2中所示的、帶有上述特征的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100。在圖3中所示出的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100附加地具有固定在金屬成型體40上的合成材料框架60。合成材料框架60以如下方式包圍在圖3中無法看到的各個(gè)壁元件20，即，使各個(gè)壁元件20的相應(yīng)的外側(cè)僅略微、例如小于10%或小于5%被合成材料框架遮蓋。同時(shí)，合成材料框架60將壁元件20朝著金屬成型體40方向相對(duì)密封元件50按壓，由此，壁元件20與密封元件50 共同作用，以便液密和/或氣密地封閉在金屬成型體40的上表面中通過空腔41形成的開口。單獨(dú)的框架60的應(yīng)用簡(jiǎn)化了安裝。圖4示出了依據(jù)第四實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100的示意性分解圖。相對(duì)于根據(jù)圖1的實(shí)施形式，在此額外設(shè)置有帶未被加裝殼體的電容器84的附加的電容器模塊和用電絕緣材料所制成的、用于將電容器84布置在金屬成型體40的凹部80中的間距保持件 82。為了使電容器84相對(duì)金屬成型體40電絕緣，額外地在凹部80中設(shè)置有未示出的澆鑄材料。通過電容器84與空腔41或壁元件20的這種緊密相鄰的布置，可以使該電容器84 同時(shí)與功率電路一起冷卻。同樣可識(shí)別出電容器84用其聯(lián)接元件86與功率電路30的配屬給那些電容器的聯(lián)接元件的聯(lián)接元件36進(jìn)行連接的直接可能性。在此情況下優(yōu)選的是， 以如下方式構(gòu)造和相互布置相應(yīng)的聯(lián)接元件36，S卩，能夠構(gòu)造出焊接連接。為此，功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100具有足夠的自由空間，以便能夠利用焊接裝置來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)聯(lián)接元件36、86。也可以優(yōu)選的是，電容器84的聯(lián)接元件86和功率電路30的所配屬的聯(lián)接元件36 不是持久地材料鎖合地相互連接，而是能拆卸地、優(yōu)選力鎖合地相互連接。此外，并且與至此先前所述特征無關(guān)地可以有利地，如在此所示那樣，金屬成型體 40具有其它的凹座48，以便在那里布置未示出的外部連接元件，并且將該連接元件分別且電路適宜地與功率電路30的其它聯(lián)接元件38連接起來。優(yōu)選的是，該凹座48側(cè)向地相對(duì)功率電路30或相對(duì)所配屬的壁元件20設(shè)置在電容器84的對(duì)面。該凹座48從金屬成型體 40的在其上設(shè)置有壁元件20的那個(gè)主側(cè)朝對(duì)置的主側(cè)伸展。圖5示出了依據(jù)第五實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100的示意性剖面圖。所示的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100具有管路系統(tǒng)10、壁元件20、多個(gè)功率半導(dǎo)體電路30、金屬成型體40和密封元件50。管路系統(tǒng)10構(gòu)造用于導(dǎo)引用作冷卻液的、流動(dòng)的工作介質(zhì)，并且具有入口側(cè)的區(qū)段11和出口側(cè)的區(qū)段12，這兩個(gè)區(qū)段分別與圖4中未示出的入口和出口 13、14連接。壁元件20具有基本上背離管路系統(tǒng)的外側(cè)21和基本上面朝管路系統(tǒng)的內(nèi)側(cè)22。 壁元件20具有金屬的冷卻體23，該冷卻體在此處所示的實(shí)施形式中形成壁元件20的內(nèi)側(cè) 22，壁元件20還具有多個(gè)襯底31。冷卻體23具有突起部25，所述突起部垂直地從壁元件 20的外側(cè)21的主面伸出，并且將襯底31布置在這些突起部上。功率半導(dǎo)體電路30中的每個(gè)具有裝備有功率半導(dǎo)體的襯底31，為了使襯底31相對(duì)冷卻體23電絕緣，襯底具有陶瓷板M。金屬成型體40具有形成管路系統(tǒng)10的一部分的第一空腔41。該空腔41可以由此形成，即，將金屬成型體40相應(yīng)地銑削或在相應(yīng)的鑄模中制造。該空腔41具有第一開口 42，流動(dòng)的工作介質(zhì)可以通過該開口在空腔41和入口側(cè)的區(qū)段11之間流動(dòng)；以及具有第二開口 43，流動(dòng)的工作介質(zhì)可以通過該開口 43在空腔41和出口側(cè)的區(qū)段12之間流動(dòng)。 入口側(cè)和出口側(cè)的區(qū)段11、12可以以簡(jiǎn)單的方式通過金屬成型體內(nèi)的相應(yīng)的鉆孔形成。第一和第二開口 42、43可以以簡(jiǎn)單的方式由此形成，即，這些鉆孔局部切開空腔41。在壁元件20的內(nèi)側(cè)22和金屬成型體40之間布置有密封元件50。該壁元件借助螺栓70固定在金屬成型體40上。該密封元件以專業(yè)公知的方式與壁元件20的內(nèi)側(cè)22共同作用，以便液密和/或氣密地封閉在金屬成型體40的上表面中通過空腔41形成的開口。 由此，壁元件20的內(nèi)側(cè)22形成了管路系統(tǒng)10的壁。圖6示出了依據(jù)第六實(shí)施形式的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100的示意性剖面圖。所示的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)100具有管路系統(tǒng)10、壁元件20、多個(gè)功率半導(dǎo)體電路30、金屬成型體40、密封元件50和框架60。管路系統(tǒng)10構(gòu)造用于導(dǎo)引用作冷卻液的、流動(dòng)的工作介質(zhì)，并且具有入口側(cè)的區(qū)段11和出口側(cè)的區(qū)段12，這兩個(gè)區(qū)段分別與入口和出口 13、14連接。壁元件20具有基本上背離管路系統(tǒng)的外側(cè)21和基本上面朝管路系統(tǒng)的內(nèi)側(cè)22。 壁元件20具有金屬的冷卻體23，該冷卻體在此處所示的實(shí)施形式中形成壁元件20的內(nèi)側(cè) 22，冷卻體23具有銷沈，這些銷垂直地從壁元件20的內(nèi)側(cè)22的主面伸出并且擴(kuò)大了壁元件20的內(nèi)側(cè)22的散熱面積。功率半導(dǎo)體電路30中的每個(gè)具有裝備有功率半導(dǎo)體的襯底31，該襯底31為了相對(duì)冷卻體23電絕緣而具有陶瓷板M。金屬成型體40具有形成管路系統(tǒng)10的一部分的空腔41。該空腔41可以由此形成，即，將金屬成型體40相應(yīng)地銑削或在相應(yīng)的鑄模中制造?？涨?1具有第一開口 42， 流動(dòng)的工作介質(zhì)可以通過該開口 42在空腔41和入口側(cè)的區(qū)段11之間流動(dòng)；以及具有第二開口 43，流動(dòng)的工作介質(zhì)可以通過該開口 43在空腔41和出口側(cè)的區(qū)段12之間流動(dòng)。入口側(cè)和出口側(cè)的區(qū)段11、12可以以簡(jiǎn)單的方式通過金屬成型體內(nèi)的相應(yīng)的鉆孔形成。第一開口和第二開口 42、43可以以簡(jiǎn)單的方式由此形成，S卩，鉆孔局部切開空腔41。在壁元件20的內(nèi)側(cè)22和金屬成型體40之間布置有密封元件50。該密封元件以專業(yè)公知的方式與壁元件20的內(nèi)側(cè)22共同作用，以便液密和/或氣密地封閉在金屬成型體40的上表面中通過空腔41形成的開口。由此，壁元件20的內(nèi)側(cè)22形成了管路系統(tǒng)10的壁?？梢杂刹粋鲗?dǎo)的材料制成的且借助螺栓70固定在金屬成型體上的框架60，將壁元件20固定在金屬成型體40上。在此，框架60相對(duì)壁元件20的外側(cè)21按壓并且僅在壁元件20的外側(cè)21的外邊緣區(qū)域中貼靠在壁元件20上。在此要明確指出，在附圖中所示出的實(shí)施形式可以以每個(gè)在該公開中所述的類型進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在此此外要指出，對(duì)于單獨(dú)發(fā)生的，以及以各個(gè)組合的所有上述的特征、尤其是在附圖中所示出的作為本發(fā)明至關(guān)重要的細(xì)節(jié)可以被要求權(quán)利。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知由此而來的變型。
權(quán)利要求
1.一種功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，所述功率半導(dǎo)體系統(tǒng)帶有用于流動(dòng)的工作介質(zhì)的管路系統(tǒng)(10)；帶外側(cè)和內(nèi)側(cè)02)的至少一個(gè)壁元件OO)；以及布置在所述壁元件OO)的所述外側(cè)上的功率半導(dǎo)體電路(30)，其中，所述壁元件OO)的所述內(nèi)側(cè)0 形成所述管路系統(tǒng)(10)的液密和/或氣密的壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，所述功率半導(dǎo)體系統(tǒng)帶有金屬成型體(40)，其中，所述管路系統(tǒng)(10)的一部分通過多個(gè)在所述金屬成型體GO)中的第一空腔形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，所述金屬成型體00)具有至少一個(gè)形成所述管路系統(tǒng)(10)的一部分的所述第一空腔(41)，所述第一空腔形成在所述金屬成型體GO)的表面上的開口，以及所述壁元件00)以如下方式安裝在所述金屬成型體GO)上，即，使所述壁元件00)的所述內(nèi)側(cè)0 液密和/或氣密地封閉所述開口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，所述壁元件的所述內(nèi)側(cè)02) 相對(duì)所述金屬成型體GO)借助彈性的密封元件(50)被封閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，凹隙具有與所述管路系統(tǒng)(10)的入口側(cè)區(qū)段(11)連接的第一開口(42)，和與所述管路系統(tǒng)(10)的出口側(cè)區(qū)段(12)連接的第二開口 (43) 0
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，所述功率半導(dǎo)體系統(tǒng)帶有固定在所述金屬成型體G0)上的框架(60)，所述框架將所述壁元件00)形狀鎖合和 /或力鎖合地固定在所述金屬成型體GO)上。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，所述功率半導(dǎo)體電路(30)的導(dǎo)引電流的元件相對(duì)所述壁元件00)的所述內(nèi)側(cè)電絕緣。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，所述功率半導(dǎo)體電路(30)具有裝備有功率半導(dǎo)體的襯底(31)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，所述壁元件00)構(gòu)造為金屬的冷卻體03)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，所述冷卻體03)具有肋和/ 或銷(26)，所述肋和/或所述銷造成所述冷卻體的散熱面積變大。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，用流動(dòng)的工作介質(zhì)填充所述管路系統(tǒng)(10)，并且所述壁元件00)的所述內(nèi)側(cè)02)與所述工作介質(zhì)接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，金屬成型體00)具有用于至少一個(gè)直接與所述至少一個(gè)壁元件00)相鄰布置的且通過所述金屬成型體G0)進(jìn)行冷卻的電容器(84)的凹部(80)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)(100)，其中，所述電容器(84)是未被加裝殼體的電容器并借助間距保持件(8 和澆鑄劑布置在凹部(80)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體系統(tǒng)以及一種用于制造功率半導(dǎo)體系統(tǒng)的方法。功率半導(dǎo)體系統(tǒng)帶有用于流動(dòng)的工作介質(zhì)的管路系統(tǒng)；帶有外側(cè)和內(nèi)側(cè)的壁元件；以及布置在壁元件的外側(cè)上的功率半導(dǎo)體電路，其中，壁元件的內(nèi)側(cè)形成管路系統(tǒng)的液密和/或氣密的壁。根據(jù)本發(fā)明的改良的功率半導(dǎo)體系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)從功率半導(dǎo)體電路到冷卻介質(zhì)上的有效熱傳遞。
文檔編號(hào)H01L23/46GK102456642SQ20111034468
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者哈特姆特·庫拉斯, 弗蘭克·埃伯斯貝格爾, 彼得·貝克達(dá)爾 申請(qǐng)人:賽米控電子股份有限公司