功率半導(dǎo)體裝置和用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體裝置和用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法。該功率半導(dǎo)體裝置具有功率半導(dǎo)體模塊和冷卻體，冷卻體具有第一和第二冷卻殼體構(gòu)件，第一冷卻殼體構(gòu)件具有穿透過該第一冷卻殼體構(gòu)件的缺口，冷卻板布置在缺口中，第一和第二冷卻殼體構(gòu)件具有的形狀和相互之間的布置使得在冷卻板的背離功率半導(dǎo)體器件的側(cè)上構(gòu)造出空腔，冷卻板借助圍繞該冷卻板的第一焊縫與第一冷卻殼體構(gòu)件連接，第一焊縫使冷卻板相對于第一冷卻殼體構(gòu)件密封，第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件連接。本發(fā)明提供的功率半導(dǎo)體裝置具有從功率半導(dǎo)體器件到功率半導(dǎo)體裝置的能被液體流過的冷卻體的良好的熱傳導(dǎo)，并且在功率半導(dǎo)體裝置中冷卻體是長期且穩(wěn)定地密封的。
【專利說明】功率半導(dǎo)體裝置和用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體裝置。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)已知的功率半導(dǎo)體裝置中，一般情況下在基底上都布置有功率半導(dǎo)體器件，如例如功率半導(dǎo)體開關(guān)和二極管，并且這些功率半導(dǎo)體器件借助基底的導(dǎo)體層以及鍵合線和/或復(fù)合薄膜彼此導(dǎo)電連接。功率半導(dǎo)體開關(guān)在此通常以晶體管，如例如IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)，或 MOSFET (MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)的形式存在。
[0003]布置在基底上的功率半導(dǎo)體元件在此經(jīng)常在電學(xué)上與單個(gè)或多個(gè)所謂的半橋電路互連，這些半橋電路例如用于對電壓和電流的整流和逆變。
[0004]在功率半導(dǎo)體裝置運(yùn)行時(shí)，在功率半導(dǎo)體器件上出現(xiàn)電損耗，其導(dǎo)致功率半導(dǎo)體器件的加溫。為了冷卻功率半導(dǎo)體器件，技術(shù)上常見的功率半導(dǎo)體裝置常常具有被冷卻液體流過的冷卻體，該冷卻體導(dǎo)熱地耦聯(lián)到功率半導(dǎo)體器件上。
[0005]由DE 10 2010 043 446 B3公知，設(shè)置了一種被冷卻液體流過的且具有缺口的冷卻體，并且具有功率半導(dǎo)體器件的功率半導(dǎo)體模塊的冷卻板布置到這些缺口中。由此實(shí)現(xiàn)了從功率半導(dǎo)體器件到冷卻液體的良好的熱輸出。在這里不利的是，冷卻板必須長期且可靠地相對于冷卻體密封，以便經(jīng)過功率半導(dǎo)體裝置的通常設(shè)置得很長的使用期仍可靠地防止冷卻液體溢出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種功率半導(dǎo)體裝置，其具有從功率半導(dǎo)體器件到功率半導(dǎo)體裝置的能被液體流過的冷卻體的良好的熱傳導(dǎo)，并且在功率半導(dǎo)體裝置中冷卻體是長期且可靠地密封的。
[0007]該任務(wù)通過一種具有功率半導(dǎo)體模塊和能被液體流過的冷卻體的功率半導(dǎo)體裝置來解決，其中，功率半導(dǎo)體模塊具有功率半導(dǎo)體器件，這些功率半導(dǎo)體器件均布置在導(dǎo)電的跡線(Leiterbahn)上，其中，功率半導(dǎo)體模塊具有不導(dǎo)電的絕緣層和冷卻板，其中，絕緣層布置在跡線與冷卻板之間，其中，冷卻體具有第一冷卻殼體構(gòu)件和第二冷卻殼體構(gòu)件，第一冷卻殼體構(gòu)件具有穿透過該第一冷卻殼體構(gòu)件的缺口，其中，冷卻板布置在缺口中，其中，第一和第二冷卻殼體構(gòu)件具有的形狀和相互之間的布置使得在冷卻板的背離功率半導(dǎo)體器件的側(cè)上構(gòu)造出空腔，其中，冷卻板借助圍繞冷卻板的第一焊縫與第一冷卻殼體構(gòu)件連接，其中，第一焊縫使冷卻板相對于第一冷卻殼體構(gòu)件密封，其中，第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件連接。
[0008]此外，該任務(wù)還通過一種用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法來解決，其具有如下步驟:
[0009]a)提供功率半導(dǎo)體模塊、功率半導(dǎo)體器件，這些功率半導(dǎo)體器件均布置在導(dǎo)電的跡線上，其中，功率半導(dǎo)體模塊具有不導(dǎo)電的絕緣層和冷卻板，其中，絕緣層布置在跡線與冷卻板之間；并且提供第一冷卻殼體構(gòu)件，其具有穿透過該第一冷卻殼體構(gòu)件的缺口 ；并且提供第二冷卻殼體構(gòu)件，
[0010]b)將冷卻板布置在第一冷卻殼體構(gòu)件的缺口中，
[0011]c)將冷卻板與第一冷卻殼體構(gòu)件焊接，使得生成圍繞冷卻板的第一焊縫，第一焊縫使冷卻板相對于第一冷卻殼體構(gòu)件密封，其中，在冷卻板的背離功率半導(dǎo)體器件的側(cè)上進(jìn)行對冷卻板與第一冷卻殼體構(gòu)件的焊接，
[0012]d)將第二冷卻殼體構(gòu)件相對第一冷卻殼體構(gòu)件布置，其中，第二冷卻殼體構(gòu)件相對第一冷卻殼體構(gòu)件的布置及第一和第二冷卻殼體構(gòu)件具有的形狀使得在冷卻板的背離功率半導(dǎo)體器件的側(cè)上構(gòu)造出空腔，
[0013]e)將第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件連接。
[0014]與功率半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造方案相類似地得出該方法的有利的構(gòu)造方案，并且反之亦然。
[0015]本發(fā)明的有利的構(gòu)造方案將在下文中進(jìn)行描述。
[0016]被證實(shí)為有利的是，第一焊縫將冷卻板的側(cè)向側(cè)面與第一冷卻殼體構(gòu)件的限定出缺口的側(cè)向側(cè)面連接起來。由此確保了冷卻體的可靠密封。
[0017]此外，被證實(shí)為有利的是，第一焊縫布置在空腔側(cè)。要指出的是，在本發(fā)明的意義中，布置在空腔側(cè)的焊縫被理解為從空腔那側(cè)實(shí)施的焊縫。這具有顯著的優(yōu)勢，即，在焊接第一焊縫時(shí)所需的大量的熱輸入在冷卻板的背離功率半導(dǎo)體器件的側(cè)上并因此不在功率半導(dǎo)體器件那側(cè)上進(jìn)行，這樣就可靠地避免了在焊接第一焊縫時(shí)對敏感的功率半導(dǎo)體器件的損害。此外，冷卻板還針對在焊接時(shí)可能脫落的液體材料對功率半導(dǎo)體開關(guān)和跡線起到保護(hù)作用。冷卻板可靠地在空間上將焊接過程與功率半導(dǎo)體器件和跡線隔離。
[0018]此外被證實(shí)為有利的是，第一焊縫布置在冷卻體的朝向功率半導(dǎo)體器件的第一外側(cè)上。要指出的是，在本發(fā)明的意義中，布置在冷卻體的朝向功率半導(dǎo)體器件的第一外側(cè)上的焊縫被理解為從冷卻體的朝向功率半導(dǎo)體器件的第一外側(cè)那側(cè)實(shí)施的焊縫。在此情況下不在空間上提供對焊接過程與功率半導(dǎo)體開關(guān)和跡線的隔離。為此，即使在第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件連接之后也還可以進(jìn)行第一焊縫的焊接，這樣就能夠使功率半導(dǎo)體裝置的制造具有高度靈活性。
[0019]此外被證實(shí)為有利的是，第一冷卻殼體構(gòu)件的限定出缺口的側(cè)向側(cè)面的區(qū)段具有與冷卻板的側(cè)向側(cè)面的區(qū)段相對應(yīng)的形狀。由此能夠使冷卻板在第一冷卻殼體構(gòu)件中的布置變得輕巧而精確，這樣就能夠使對冷卻板以及與第一冷卻殼體構(gòu)件的焊接變得精確。
[0020]進(jìn)而被證實(shí)為有利的是，冷卻板的側(cè)向側(cè)面的區(qū)段具有到冷卻板的朝向功率半導(dǎo)體器件的主面的91°至115°或89°至65°的角度，而第一冷卻殼體構(gòu)件的限定出缺口的側(cè)向側(cè)面的區(qū)段到冷卻板的朝向功率半導(dǎo)體器件的主面具有等于冷卻板的側(cè)向側(cè)面的區(qū)段到冷卻板的朝向功率半導(dǎo)體器件的主面的角度的角度。由此能夠使冷卻板在第一冷卻殼體構(gòu)件上的布置變得輕巧而精確，這樣就能夠使對冷卻板以及與第一冷卻殼體構(gòu)件的焊接變得非常精確。
[0021]此外被證實(shí)為有利的是，冷卻板具有伸入到空腔中的冷卻葉片(KUhlfinne)和/或冷卻針(Kiihlpins)。由此實(shí)現(xiàn)了從冷卻板到流過冷卻體的液體的良好的熱傳遞。
[0022]此外被證實(shí)為有利的是，第一焊縫構(gòu)造為激光焊縫、電子束焊縫或攪拌摩擦焊縫。由此實(shí)現(xiàn)了冷卻板與第一冷卻殼體構(gòu)件的可靠而精確的連接。
[0023]此外被證實(shí)為有利的是，第二冷卻殼體構(gòu)件借助圍繞第二冷卻殼體構(gòu)件的第二焊縫與第一冷卻殼體構(gòu)件連接，其中，第二焊縫使第二冷卻殼體構(gòu)件相對于第一冷卻殼體構(gòu)件密封。由此實(shí)現(xiàn)了第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件的可靠的連接。
[0024]進(jìn)而被證實(shí)為有利的是，第一冷卻殼體構(gòu)件從側(cè)向上包圍第二冷卻殼體構(gòu)件，其中，第二焊縫將第二冷卻殼體構(gòu)件的側(cè)向側(cè)面與第一冷卻殼體構(gòu)件的內(nèi)置側(cè)向側(cè)面連接起來。由此實(shí)現(xiàn)了第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件可靠的連接。
[0025]進(jìn)而被證實(shí)為有利的是，第二焊縫布置在冷卻體的背離功率半導(dǎo)體器件的第二外側(cè)上。要指出的是，在本發(fā)明的意義中，布置在冷卻體的背離功率半導(dǎo)體器件的第二外側(cè)上的焊縫被理解為在冷卻體的背離功率半導(dǎo)體器件的第二外側(cè)那側(cè)實(shí)施的焊縫。由此能夠使第一和第二冷卻體從外部的焊接變得簡單。
[0026]此外被證實(shí)為有利的是，第二冷卻殼體構(gòu)件具有離第一冷卻殼體構(gòu)件而去地突起的腹部，其中，第二焊縫將第二冷卻殼體構(gòu)件的側(cè)向側(cè)面與第一冷卻殼體構(gòu)件的背離功率半導(dǎo)體器件的第一主面連接起來。由此實(shí)現(xiàn)了第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件的可靠的連接。
[0027]此外被證實(shí)為有利的是，第二焊縫構(gòu)造為激光焊縫、電子束焊縫或攪拌摩擦焊縫。由此實(shí)現(xiàn)了第二冷卻殼體構(gòu)件與第一冷卻殼體構(gòu)件的可靠而精確的連接。
[0028]此外被證實(shí)為有利的是，冷卻板的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域和第一冷卻殼體構(gòu)件的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域相互齊平地布置。由此實(shí)現(xiàn)了冷卻板與第一冷卻殼體構(gòu)件的特別可靠而精確的連接。冷卻板的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域和第一冷卻殼體構(gòu)件的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域優(yōu)選與絕緣層相平行地延展。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出，并在下文中進(jìn)一步闡明。附圖中:
[0030]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的立體的前視圖，
[0031]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的截面視圖，
[0032]圖3示出第一冷卻殼體構(gòu)件的立體的后視圖，冷卻板焊接到該第一冷卻殼體構(gòu)件中，
[0033]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的立體的后視圖，
[0034]圖5示出在還未裝配的狀態(tài)下的根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的立體的前視圖，
[0035]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造變體的截面視圖，
[0036]圖7示出另一根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的立體的前視圖，
[0037]圖8示出另一根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的截面視圖，
[0038]圖9示出第一冷卻殼體構(gòu)件的立體的后視圖，冷卻板焊接到該第一冷卻殼體構(gòu)件中，
[0039]圖10示出另一根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的立體的后視圖，
[0040]圖11示出在還未裝配的狀態(tài)下的根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置的立體的前視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0041]在圖1、圖2和圖4中示出了根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置I，其中，在圖2以及其余的截面視圖中僅示出了對于理解本發(fā)明有實(shí)質(zhì)意義的功率半導(dǎo)體裝置I的元件。在圖3中示出了第一冷卻殼體構(gòu)件4的立體的后視圖，冷卻板5焊接到第一冷卻殼體構(gòu)件中。在圖5中示出了在還未裝配的狀態(tài)下的根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置I的立體的前視圖。根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置具有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體模塊3，其中，根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置可以具有數(shù)個(gè)功率半導(dǎo)體模塊3，而在該實(shí)施例中具有三個(gè)功率半導(dǎo)體模塊3。相應(yīng)的功率半導(dǎo)體模塊3均具有功率半導(dǎo)體器件9，這些功率半導(dǎo)體器件布置在導(dǎo)電的跡線13上。跡線13由導(dǎo)電的且結(jié)構(gòu)化的第一導(dǎo)電層31構(gòu)造而成。功率半導(dǎo)體器件9與跡線13，優(yōu)選經(jīng)由釬焊層或燒結(jié)金屬層來導(dǎo)電連接。相應(yīng)的功率半導(dǎo)體器件優(yōu)選以功率半導(dǎo)體開關(guān)或二極管的形式存在。功率半導(dǎo)體開關(guān)在此優(yōu)選以晶體管，像例如IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，或MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)的形式存在。相應(yīng)的功率半導(dǎo)體模塊3優(yōu)選具有第一直流電壓載荷電流聯(lián)接元件DC+和第二直流電壓載荷電流聯(lián)接元件DC-和交流電壓載荷聯(lián)接元件AC，它們均與第一導(dǎo)電層31優(yōu)選經(jīng)由釬焊層或燒結(jié)金屬層來導(dǎo)電連接。在所示出的實(shí)施例的范圍內(nèi)，相應(yīng)的功率半導(dǎo)體模塊3由在直流電壓載荷電流接口DC+與DC-之間供應(yīng)的直流電壓在交流電壓載荷電流接口 AC上產(chǎn)生交流電壓。此外，相應(yīng)的功率半導(dǎo)體模塊3在該實(shí)施例的范圍內(nèi)具有控制聯(lián)接元件S，這些控制聯(lián)接元件與功率半導(dǎo)體模塊3的功率半導(dǎo)體開關(guān)的控制接口導(dǎo)電連接。
[0042]此外，相應(yīng)的功率半導(dǎo)體模塊3均具有不導(dǎo)電的絕緣層6和冷卻板5，其中，絕緣層6布置在跡線13與冷卻板5之間。跡線13與絕緣層6連接。在本實(shí)施例的范圍內(nèi)，在絕緣層6與冷卻板5之間布置有導(dǎo)電的、優(yōu)選未經(jīng)結(jié)構(gòu)化的第二導(dǎo)電層8,該第二導(dǎo)電層與絕緣層6連接。絕緣層6優(yōu)選以陶瓷體的形式存在。第一和第二導(dǎo)電層31和8以及絕緣層6優(yōu)選一起由直接覆銅基底(Direct Copper Bonded Substrat, DCB基底)構(gòu)造而成。
[0043]在此處要指出的是，第一和第二導(dǎo)電層可以由單層或者也可以由多個(gè)上下疊加的層組成。因此，第一和第二導(dǎo)電層例如可以具有銅層，這些銅層具有單個(gè)或多個(gè)上下疊加的、例如由貴金屬(例如銀)或由貴金屬化合物制成的覆層，這些覆層可以用作增附劑涂層和/或保護(hù)層。
[0044]冷卻板5優(yōu)選由鋁(例如Al 99.5)組成，并且可以在它的朝向功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)C上以單個(gè)的或多個(gè)上下疊加的層進(jìn)行涂覆，這些層例如可以用作增附劑涂層和/或保護(hù)層，和/或可以用于降低在絕緣層6與冷卻板5之間當(dāng)產(chǎn)生溫度變化時(shí)由于絕緣層6和冷卻板5的不同的熱膨脹系數(shù)而可能會出現(xiàn)的機(jī)械的應(yīng)力。在該實(shí)施例的范圍內(nèi)，冷卻板5在它的朝向功率半導(dǎo)體器件5的側(cè)C上以銅層12進(jìn)行涂覆，該銅層可以再例如以覆層，特別是貴金屬覆層(例如銀)進(jìn)行涂覆。銅層12布置在冷卻板5與絕緣層6之間，并且尤其是在冷卻板5與第二導(dǎo)電層8之間。第二導(dǎo)電層8與冷卻板5優(yōu)選經(jīng)由釬焊層或燒結(jié)金屬層直接地或(假如冷卻板在它的朝向功率半導(dǎo)體器件的側(cè)上以單層或多個(gè)上下疊加的層進(jìn)行涂覆時(shí))間接地連接。
[0045]為了概覽，在圖2中沒有示出釬焊層和燒結(jié)金屬層。此外要指出的是，層的厚度和功率半導(dǎo)體器件的厚度并不按照比例示出。
[0046]此處要指出的是，冷卻板也可以以絕緣金屬基材(Insulated Metal Substrat,IMS)的鋁材體的形式存在。
[0047]冷卻板5優(yōu)選在它的背離功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)D上具有冷卻葉片或冷卻針19。
[0048]此外，功率半導(dǎo)體裝置I具有能被液體流過的冷卻體2，該冷卻體具有第一冷卻殼體構(gòu)件4和第二冷卻殼體構(gòu)件7。第一冷卻殼體構(gòu)件4為相應(yīng)的功率半導(dǎo)體模塊3具有穿透過該第一冷卻殼體構(gòu)件4的相應(yīng)的缺口 25(見圖5)，其中，相應(yīng)的功率半導(dǎo)體模塊3的冷卻板5均布置在相應(yīng)的缺口 25中。相應(yīng)的冷卻板5的一部分在此可以從相應(yīng)的缺口 25中探伸出來。相應(yīng)的冷卻板5封閉了相應(yīng)的缺口 25。第一和第二冷卻殼體構(gòu)件4和7具有的形狀和相互之間的布置使得在冷卻板的背離功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)D上構(gòu)造出空腔18。第二冷卻殼體構(gòu)件7與第一冷卻殼體構(gòu)件4連接。液體以液體流過空腔18的方式流過冷卻體2。冷卻板5的熱量被傳遞到液體并被液體輸送走。
[0049]下面，結(jié)合功率半導(dǎo)體模塊3中的一個(gè)對功率半導(dǎo)體模塊3的布置方案和功率半導(dǎo)體模塊3與第一冷卻殼體構(gòu)件4的連接方案進(jìn)行描述，其中，其它的功率半導(dǎo)體模塊3均以類似的方式進(jìn)行布置并且與第一冷卻殼體構(gòu)件4連接。
[0050]功率半導(dǎo)體模塊3的冷卻板5借助圍繞冷卻板5的第一焊縫17與第一冷卻殼體構(gòu)件4連接，其中，第一焊縫17使冷卻板5相對于第一冷卻殼體構(gòu)件4密封。第一焊縫17閉合地圍繞冷卻板5延展。
[0051]第一焊縫17在此優(yōu)選將冷卻板5的側(cè)向側(cè)面15與第一冷卻殼體構(gòu)件4的限定出缺口 25的側(cè)向側(cè)面16連接起來。
[0052]第一焊縫17優(yōu)選僅布置在空腔側(cè)，也就是說，僅布置在空腔18那側(cè)上。第一焊縫17優(yōu)選僅布置在冷卻板5的背離功率半導(dǎo)體器件的側(cè)D上。如此，使得第一焊縫17并不完全從空腔18的側(cè)延展貫穿至冷卻體2的朝向功率半導(dǎo)體器件9的第一外側(cè)A。這具有如下的顯著的優(yōu)勢，即，在焊接第一焊縫17時(shí)所需的大量的熱輸入在冷卻板5的背離功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)D上并因此不在功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)上進(jìn)行，這樣就可靠地避免了在焊接第一焊縫時(shí)對敏感的功率半導(dǎo)體器件9的損害。冷卻板5針對在焊接時(shí)可能脫落的液體材料對功率半導(dǎo)體開關(guān)9和跡線13起到保護(hù)作用。因此，冷卻板5可靠地在空間上將焊接過程與功率半導(dǎo)體器件和跡線隔離。此外，在將第一焊縫布置在空腔側(cè)的情況下還確保了在冷卻板與第一冷卻殼體構(gòu)件之間不留有使得來自空腔18的液體能夠滲入到其中的空隙，這是因?yàn)檫@些液體停留在空隙中會導(dǎo)致對冷卻板和第一冷卻殼體構(gòu)件的腐蝕。
[0053]如圖6所示，作為對此的替選，第一焊縫17也可以僅布置在冷卻體2的朝向功率半導(dǎo)體器件的第一外側(cè)A上。在此情況下，第一焊縫17僅布置在冷卻板5的朝向功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)C上。如此，使得焊縫17并不完全從冷卻體2的朝向功率半導(dǎo)體器件9的第一外側(cè)A延展貫穿至空腔18的側(cè)。在此情況下，不在空間上提供對焊接過程與功率半導(dǎo)體開關(guān)9和跡線13的隔離。為此，即使在第二冷卻殼體構(gòu)件7與第一冷卻殼體4連接之后也還可以進(jìn)行第一焊縫的焊接，這樣就能夠使功率半導(dǎo)體裝置I的制造具有高度靈活性。
[0054]第一冷卻殼體構(gòu)件4的限定出缺口 25的側(cè)向側(cè)面16的區(qū)段16a具有與冷卻板5的側(cè)向側(cè)面15的區(qū)段15a相對應(yīng)的形狀。為此，冷卻板5的側(cè)向側(cè)面15的區(qū)段15a優(yōu)選具有到冷卻板5的朝向功率半導(dǎo)體器件9的主面14的91°至115°或89°至65°的角度α，而第一冷卻殼體構(gòu)件4的限定出缺口 25的側(cè)向側(cè)面16的區(qū)段16a到冷卻板5朝向功率半導(dǎo)體器件9的主面14具有角度β，該角度β等于冷卻板5的側(cè)向側(cè)面15的區(qū)段15a到冷卻板5的朝向功率半導(dǎo)體器件9的主面14的角度α。在冷卻板5的側(cè)向側(cè)面15的區(qū)段15a與第一冷卻殼體構(gòu)件4的限定出缺口 25的側(cè)向側(cè)面16的區(qū)段16a之間優(yōu)選構(gòu)造有空隙。
[0055]作為對此的替選，冷卻板的側(cè)向側(cè)面的區(qū)段還可以具有第一階梯形的形狀，而第一冷卻殼體構(gòu)件的限定出缺口的側(cè)向側(cè)面具有與第一階梯形的形狀相對應(yīng)的第二階梯形的形狀。
[0056]對第一焊縫17的焊接優(yōu)選借助激光實(shí)現(xiàn)，從而使第一焊縫17優(yōu)選構(gòu)造為激光焊縫。替選地，對第一焊縫17的焊接例如也可以借助電子束焊接實(shí)現(xiàn)，從而使第一焊縫17可以構(gòu)造為電子束焊縫。此外，替選地，對第一焊縫17的焊接例如還可以借助攪拌摩擦焊接實(shí)現(xiàn)，從而使第一焊縫17可以構(gòu)造為攪拌摩擦焊縫。當(dāng)然，用其它焊接方法來構(gòu)造出第一焊縫也是可以的。
[0057]冷卻板5優(yōu)選具有伸入到空腔18中的冷卻葉片和/或冷卻針19。
[0058]優(yōu)選地，第二冷卻殼體構(gòu)件7借助圍繞第二冷卻殼體構(gòu)件7的第二焊縫22與第一冷卻殼體構(gòu)件4連接，其中，第二焊縫22使第二冷卻殼體構(gòu)件7相對于第一冷卻殼體構(gòu)件4密封。第二焊縫22閉合地圍繞第二冷卻殼體構(gòu)件7延展。
[0059]在該實(shí)施例的范圍內(nèi)，根據(jù)圖1至圖6，第一冷卻殼體構(gòu)件4從側(cè)向上包圍第二冷卻殼體構(gòu)件7，其中，第二焊縫22將第二冷卻殼體構(gòu)件7的側(cè)向側(cè)面20與第一冷卻殼體構(gòu)件4的內(nèi)置的側(cè)向側(cè)面21連接起來。第一冷卻殼體構(gòu)件4構(gòu)造出冷卻體2的側(cè)向外壁。第二焊縫22布置在冷卻體2的背離功率半導(dǎo)體器件9的第二外側(cè)B上。如此，使得第二焊縫22布置在冷卻體的與在該冷卻體的朝向功率半導(dǎo)體器件9的第一外側(cè)A相對置的第二外側(cè)B上。
[0060]對第二焊縫的焊接優(yōu)選借助激光實(shí)現(xiàn)，從而使第二焊縫22優(yōu)選構(gòu)造為激光焊縫。替選地，對第二焊縫22的焊接例如也可以借助電子束焊接實(shí)現(xiàn)，從而使第二焊縫22可以構(gòu)造為電子束焊縫。此外，替選地，對第二焊縫22的焊接例如還可以借助攪拌摩擦焊接實(shí)現(xiàn)，從而使第二焊縫22可以構(gòu)造為攪拌摩擦焊縫。當(dāng)然，用其它焊接方法來構(gòu)造出第二焊縫也是可以的。
[0061]第二冷卻殼體構(gòu)件7優(yōu)選在它的背離功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)上具有冷卻葉片和/或冷卻針24。
[0062]此外，冷卻體2優(yōu)選具有液體送流輸入口 1a和與液體入流輸入口 1a對準(zhǔn)地布置的液體送流輸出口 10b，以及液體回流輸入口 Ila和與液體回流輸入口 Ila對準(zhǔn)地布置的液體回流輸出口 lib。在功率半導(dǎo)體裝置I運(yùn)行時(shí)，用于冷卻功率半導(dǎo)體器件9的液體(例如水)流入到冷卻體2的液體送流輸入口 1a中。液體的一部分通過液體送流輸出口 1b再從冷卻體2流出，而另一部分流過冷卻體2并且尤其流過空腔18，并且在液體回流輸出口Ilb處從冷卻體2中流出。液體流入到空腔18中或從其中流出都經(jīng)由通道實(shí)現(xiàn)，其中，在圖3中僅能看到通道23。液體送流輸入口 10a、液體送流輸出口 10b、液體回流輸入口 11a、液體回流輸出口 Ilb的布置方案允許了多個(gè)冷卻體2或多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置I一個(gè)接一個(gè)地布置到功率半導(dǎo)體裝置系統(tǒng)，其中，冷卻體的相應(yīng)的所屬的液體開口彼此連接。
[0063]在圖7、圖8、圖10中示出了根據(jù)本發(fā)明的另一功率半導(dǎo)體裝置I’，其中，在圖8中僅示出了對于理解本發(fā)明有實(shí)質(zhì)意義的功率半導(dǎo)體裝置I’的元件。在圖9中示出了第一冷卻殼體構(gòu)件4’的立體的后視圖。在圖11中示出了在還未裝配的狀態(tài)下的功率半導(dǎo)體裝置I’。功率半導(dǎo)體裝置I’在此與功率半導(dǎo)體裝置I相類似地構(gòu)建，其中，第一和第二冷卻殼體構(gòu)件4’和7’相對于第一和第二冷卻殼體構(gòu)件4和7經(jīng)修改地構(gòu)造而成。在此，相同的元件在圖7至圖11中像圖1至圖6那樣配設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。在功率半導(dǎo)體裝置I’中，第二冷卻殼體構(gòu)件7’具有離第一冷卻殼體構(gòu)件4’而去地突起的腹部28，其中，第二焊縫22’將第二冷卻構(gòu)件7’的側(cè)向側(cè)面20與第一冷卻構(gòu)件4’的背離功率半導(dǎo)體器件9的第一主面29連接起來。第一冷卻殼體構(gòu)件4’沒有從側(cè)向上包圍第二冷卻殼體構(gòu)件7’。第二冷卻殼體構(gòu)件7’在離功率半導(dǎo)體器件9而去的方向上設(shè)置在第一冷卻殼體構(gòu)件4’的旁邊。
[0064]在此要指出的是，第一冷卻殼體構(gòu)件優(yōu)選由鋁(例如Al 99.5)或者優(yōu)選由鋁合金，像例如AlSilOMg-F或AlMg4.5Mn組成。此外要指出的是，第二冷卻殼體構(gòu)件優(yōu)選由鋁(例如Al 99.5)或優(yōu)選由鋁合金，像例如AlSilOMg-F或AlMg4.5Mn組成。優(yōu)選地，鋁和鋁合金應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的焊縫區(qū)域內(nèi)是少孔或無孔的。第一和/或第二冷卻殼體構(gòu)件可以相應(yīng)地例如以鑄造構(gòu)件的形式或例如以深沖構(gòu)件的形式存在。
[0065]進(jìn)而要指出的是，第一和第二冷卻殼體構(gòu)件可以各自一件式地構(gòu)造，或者可以各自由彼此連接的塊構(gòu)造而成。
[0066]此外要指出的是，優(yōu)選地，冷卻板的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域和第一冷卻殼體構(gòu)件的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域相互齊平地布置。冷卻板的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域和第一冷卻殼體構(gòu)件的鄰接第一焊縫的側(cè)面區(qū)域優(yōu)選與絕緣層相平行地延展。
[0067]此外要指出的是，理所當(dāng)然地，本發(fā)明的不同實(shí)施例的特征只要這些特征不互相排斥，就可以任意地彼此組合。
[0068]下面，對制造本發(fā)明的功率半導(dǎo)體裝置I或I’的方法進(jìn)行說明。
[0069]在第一方法步驟中實(shí)現(xiàn):提供功率半導(dǎo)體模塊3、功率半導(dǎo)體器件9，這些功率半導(dǎo)體器件均布置在導(dǎo)電的跡線13上，其中，功率半導(dǎo)體模塊3具有不導(dǎo)電的絕緣層6和冷卻板5，其中，絕緣層6布置在跡線13與冷卻板5之間；并且提供第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’，其具有穿透過該第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’的缺口 25 ;并且提供第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’。
[0070]在另一方法步驟中實(shí)現(xiàn):將冷卻板5布置在第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’的缺口 25中。
[0071]在另一方法步驟中實(shí)現(xiàn):將冷卻板5與第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’焊接，使得生成圍繞冷卻板5的第一焊縫17，第一焊縫使冷卻板5相對于第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’密封，其中，在冷卻板5的背離功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)D上進(jìn)行對冷卻板5與第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’的焊接。
[0072]在另一方法步驟中實(shí)現(xiàn):將第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’相對第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’布置，其中，第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’相對第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’的布置及第一和第二冷卻殼體構(gòu)件具有的形狀使得在冷卻板5的背離功率半導(dǎo)體器件9的側(cè)D上構(gòu)造出空腔
18。
[0073]在另一方法步驟中實(shí)現(xiàn):將第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’與第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’連接。優(yōu)選地，通過將第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’與第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’焊接起來實(shí)現(xiàn)第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’與第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’的連接，其中，施行對第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’與第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’的焊接，使得借助圍繞第二冷卻殼體構(gòu)件7或r的第二焊縫22或22’使第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’與第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’連接起來，其中，第二焊縫22或22’使第二冷卻殼體構(gòu)件7或7’相對于第一冷卻殼體構(gòu)件4或4’密封。
【權(quán)利要求】
1.一種具有功率半導(dǎo)體模塊(3)和能被液體流過的冷卻體(2)的功率半導(dǎo)體裝置，其中，所述功率半導(dǎo)體模塊(3)具有功率半導(dǎo)體器件(9)，所述功率半導(dǎo)體器件布置在導(dǎo)電的跡線(13)上，其中，所述功率半導(dǎo)體模塊(3)具有不導(dǎo)電的絕緣層(6)和冷卻板(5)，其中，所述絕緣層(6)布置在所述跡線(13)與所述冷卻板(5)之間，其中，所述冷卻體(2)具有第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)和第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)，所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)具有穿透過所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的缺口(25)，其中，所述冷卻板(5)布置在所述缺口(25)中，其中，所述第一和所述第二冷卻殼體構(gòu)件(4、4’ ；7、7’)具有的形狀和相互之間的布置使得在所述冷卻板(5)的背離所述功率半導(dǎo)體器件(9)的側(cè)(D)上構(gòu)造出空腔(18)，其中，所述冷卻板(5)借助圍繞所述冷卻板(5)的第一焊縫(17)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)連接，其中，所述第一焊縫(17)使所述冷卻板(5)相對于所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)密封，其中，所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一焊縫(17)將所述冷卻板的側(cè)向側(cè)面(15)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的限定出所述缺口(25)的側(cè)向側(cè)面(16)連接起來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一焊縫(17)布置在空腔側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一焊縫(17)布置在所述冷卻體(2)的朝向所述功率半導(dǎo)體器件(9)的第一外側(cè)(A)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4)的限定出所述缺口(25)的側(cè)向側(cè)面(16)的區(qū)段(16a)具有與所述冷卻板(5)的側(cè)向側(cè)面(15)的區(qū)段(15a)相對應(yīng)的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述冷卻板(5)的側(cè)向側(cè)面(15)的區(qū)段(15a)具有到所述冷卻板的朝向所述功率半導(dǎo)體器件(9)的主面(14)的91°至115°或89°至65°的角度(α)，而所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的限定出所述缺口(25)的側(cè)向側(cè)面(16)的區(qū)段(16a)到所述冷卻板(5)的朝向功率半導(dǎo)體器件(9)的主面(14)具有等于所述冷卻板(5)的側(cè)向側(cè)面(15)的區(qū)段(15a)到所述冷卻板(5)的朝向功率半導(dǎo)體器件(9)的主面(14)的角度(α)的角度(β)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述冷卻板(5)具有伸入到所述空腔(18)中的冷卻葉片和/或冷卻針(19)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一焊縫(17)構(gòu)造為激光焊縫、電子束焊縫或攪拌摩擦焊縫。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)借助圍繞所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)的第二焊縫(22、22’)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)連接，其中，所述第二焊縫(22、22’)使所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)相對于所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4)從側(cè)向上包圍所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7)，其中，所述第二焊縫(22)將所述第二冷卻殼體構(gòu)件⑵的側(cè)向側(cè)面(20)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4)的內(nèi)置的側(cè)向側(cè)面(21)連接起來。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二焊縫(22)布置在所述冷卻體(2)的背離所述功率半導(dǎo)體器件(9)的第二外側(cè)(B)上。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7’)具有離所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4’)而去地突起的腹部(28)，其中，所述第二焊縫(22’)將所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7’)的側(cè)向側(cè)面(20)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4’)的背離所述功率半導(dǎo)體器件(9)的第一主面(29)連接起來。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第二焊縫(22、22’)構(gòu)造為激光焊縫、電子束焊縫或攪拌摩擦焊縫。
14.一種用于制造功率半導(dǎo)體裝置的方法，其帶有下述步驟: a)提供功率半導(dǎo)體模塊(3)、功率半導(dǎo)體器件(9)，所述功率半導(dǎo)體器件布置在導(dǎo)電的跡線(13)上，其中，所述功率半導(dǎo)體模塊(3)具有不導(dǎo)電的絕緣層(6)和冷卻板(5)，其中，所述絕緣層(6)布置在所述跡線(13)與所述冷卻板(5)之間；并且提供第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)，所述第一冷卻殼體構(gòu)件具有穿透過所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的缺口(25);并且提供第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)， b)將所述冷卻板(5)布置在所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的缺口(25)中， c)將所述冷卻板(5)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)焊接，使得生成圍繞所述冷卻板(5)的第一焊縫(17)，所述第一焊縫使所述冷卻板(5)相對于所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)密封，其中，在所述冷卻板(5)的背離所述功率半導(dǎo)體器件(9)的側(cè)(D)上進(jìn)行對所述冷卻板(5)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的焊接， d)將所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)相對所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)布置，其中，所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)相對所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的布置及所述第一和第二冷卻殼體構(gòu)件(4、4’ ；7、7’)具有的形狀使得在所述冷卻板(5)的背離功率半導(dǎo)體器件(9)的側(cè)⑶上構(gòu)造出空腔(18)， e)將所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，通過將所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)焊接起來實(shí)現(xiàn)所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的連接，其中，施行對所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)的焊接，使得借助圍繞所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)的第二焊縫(22、22’)使所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)與所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)連接起來，其中，所述第二焊縫(22、22’)使所述第二冷卻殼體構(gòu)件(7、7’)相對于所述第一冷卻殼體構(gòu)件(4、4’)密封。
【文檔編號】H01L21/50GK104425406SQ201410446027
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】英戈·博根, 馬庫斯·貝克, 哈特姆特·庫拉斯, 亞歷山大·波佩斯修, 賴因哈德·赫爾德費(fèi)爾 申請人:賽米控電子股份有限公司