CN116805581A - 制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法 - Google Patents

制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116805581A
CN116805581A CN202310296208.1A CN202310296208A CN116805581A CN 116805581 A CN116805581 A CN 116805581A CN 202310296208 A CN202310296208 A CN 202310296208A CN 116805581 A CN116805581 A CN 116805581A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
cooling
cooling channel
metal body
depth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310296208.1A
Other languages
English (en)
Inventor
菲利普·克奈斯尔
弗洛里安·施瓦茨
福尔克尔·米勒
史蒂芬·诺伊格鲍尔
弗拉迪米尔·达诺夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN116805581A publication Critical patent/CN116805581A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法。为了提出实现对半导体装置改进地散热的成本有效且简单的制造方法，提出以下步骤：借助于第一FSC方法在金属体中的第一深度中制造第一冷却通道，借助于第一FSC方法制造第一连接通道，该第一连接通道以从第一冷却通道延伸到金属体的尤其平坦的表面的方式设置，借助于第二FSC方法在金属体中的第二深度中制造第二冷却通道，其中，第二深度小于第一深度，其中，在第一冷却通道与第二冷却通道之间经由第一连接通道建立流体连接，其中，通过冷却通道和第一连接通道构成冷却通道结构。

Description

制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法。
此外，本发明涉及一种用于冷却半导体装置的设备。
此外，本发明涉及一种具有至少一个半导体元件和这种设备的半导体装置。
此外，本发明涉及一种具有至少一个半导体装置的转换器。
背景技术
例如，这种设备在转换器中使用。将转换器例如能够理解为整流器、逆变器、换能器或直流电压转换器。转换器中的半导体装置通常以功率半导体模块的形式实现，该功率半导体模块当前大多借助螺钉挤压到冷却体处。尤其在功率较高的情况下，使用具有冷却通道的冷却体，该冷却通道包含热传输介质、特别是冷却流体。
用于制造具有冷却通道的流体冷却的冷却体的常用方法是铣削、铸造和重成型，其中，用于冷却通道的所制造的槽首先是开放的，并且在进一步的生产步骤中才被封闭。例如，使用(真空)硬焊、激光焊接或借助密封件旋接来封闭槽。替代地，能够将管单独压入通道中，该管热学地且机械地联接于其余的冷却板。用于制造这种冷却体的其他可行性是深孔钻孔或挤压型材，其中，需要在进一步的生产步骤中分别封闭和连接冷却通道的端侧。
公开文献EP 3 823 018 A1描述一种电子模块。电子模块包括具有通道结构的脉动的热管(在该通道结构中设置有热传输介质)和至少一个与热传输介质直接接触和/或与导电的与热传输介质直接接触的接触元件连接的电构件。
公开文献US 2006/0108395 A1描述金属体中的内部通道，以在期望金属体内的内部液体流动、如换热器中的应用中使用。内部通道通过与浸入金属体中的销进行摩擦搅拌而在金属体中形成，并且金属体用销横穿。
由于转换器中功率电子装置的日益小型化导致在半导体装置散热方面的新挑战，以在空间需求小的情况下且在考虑制造成本的情况下确保高可靠性。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，提出一种用于制造用于冷却半导体装置的设备的便宜且简单的方法，该方法实现了对半导体装置的改进的散热。
根据本发明，该目的通过一种用于制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法所解决，该方法包括以下步骤：借助于第一FSC(Friction Stir Channeling，摩擦搅拌孔道加工)方法在金属体中的第一深度中制造第一冷却通道，借助于第一FSC方法制造第一连接通道，第一连接通道以从第一冷却通道延伸到金属体的表面、尤其平坦的表面的方式设置，借助于第二FSC方法在金属体中的第二深度中制造第二冷却通道，其中，第二深度小于第一深度，其中，在第一冷却通道与第二冷却通道之间经由第一连接通道建立流体连接，其中，通过冷却通道和第一连接通道构造冷却通道结构。
根据本发明，该目的还通过一种用于冷却半导体装置的设备来实现，该设备包括：金属体；借助于第一FSC方法制造的第一冷却通道，该第一冷却通道以在金属体中的第一深度中延伸的方式设置；借助于第一FSC方法制造的第一连接通道，该第一连接通道以从第一冷却通道延伸到金属体的表面、尤其平坦的表面的方式设置；借助于第二FSC方法制造的第二冷却通道，该第二冷却通道以在金属体中的第二深度中延伸的方式设置，其中，第二深度小于第一深度，其中，第一冷却通道经由第一连接通道与第二冷却通道以流体的方式连接，其中，通过冷却通道和第一连接通道构造冷却通道结构。
此外，该目的根据本发明通过具有至少一个半导体元件和这种设备的半导体装置来实现，其中，半导体元件与该设备处于导热连接。
此外，根据本发明，该目的通过具有至少一个这种半导体装置的转换器来实现。
本发明基于以下考量：借助于冷却设备通过以下方式改进半导体装置的散热：即冷却通道设置在多个层面上。通过使用FSC方法，在该设备中制造冷却通道成本适宜且简单。冷却设备包括具有表面、尤其平坦的表面的金属体。金属体还能够至少在背离平坦的表面的一侧处具有冷却片和/或冷却鳍。通过这种金属体的基本平坦表面使FSC方法更简单且更便宜。金属体还能够方形地构成。借助于第一FSC方法，在金属体中的第一深度中制造第一冷却通道。然后，借助于第一FSC方法制造第一连接通道，该第一连接通道以从第一冷却通道延伸到金属体的表面、尤其平坦的表面的方式设置。在另一步骤中，借助于第二FSC方法在金属体中的第二深度中制造第二冷却通道，其中，第二深度小于第一深度。经由第一连接通道建立在第一冷却通道与第二冷却通道之间的流体连接。例如，第二冷却通道设置成，使得第一连接通道通入第二冷却通道中。通过冷却通道和第一连接通道构造冷却通道结构。第一FSC方法和第二FSC方法还能够通过所使用的工具的至少部分、例如通过分别使用的旋转探针或通过分别使用的焊接心轴来区分。类似地，能够借助于另外的FSC方法来制造在另外的深度中的、经由另外的连接通道连接的附加的冷却通道，使得能够便宜、简单且灵活地制造复杂的内部互连、平行的冷却流体引导、旁路和单独的冷却通道结构。
通过FSC方法能够制造具有矩形的、特别是方形的横截面的冷却通道，该冷却通道特别地与圆形横截面相比具有更大的表面，进而更大的表面积。此外，尤其与铣削通道相比，通道表面更粗糙，这附加地增加了冷却流体与金属体的接触面积并因此改进了冷却性能。
另一实施方式提出：第一连接通道基本上垂直于第一冷却通道和/或金属体的表面延伸地设置。通过这种设置使FSC方法尤其在金属体的表面是平坦的情况下是简单且便宜的。
另一实施方式提出：第一冷却通道和/或第二冷却通道基本上平行于金属体的表面设置。通过这种平行设置确保均匀的热传输。
另一实施方式提出：借助于具有第一焊接心轴的工具制造第一冷却通道，和借助于具有第二焊接心轴的工具制造第二冷却通道，其中，第一焊接心轴长于第二焊接心轴。相应通道的深度通过所使用的焊接心轴的长度确定，该长度例如从工具的肩部起测量。在此，能够借助具有不同长度的焊接心轴的不同工具来制造通道，这实现快速制造。替代地，能够利用相同的工具制造通道，其中，切换用于制造相应通道的焊接心轴，这降低了工具成本。通过以这种方式构成的焊接心轴确保：通过相应FSC方法制造的通道与表面齐平地封闭。
另一实施方式提出：通过改变工具的转速和/或通过改变工具的行进速度来改变冷却通道的通道高度。材料输送速率还与工具几何形状、转速、行进速度和材料的塑化相关。如果在一个部位处运走更多的材料，则通道在该部位处变得更高，使得能够通过变化转速和/或通过变化行进速度简单且便宜地改变通道高度。例如，通道盖的区域中的轮廓尤其能够通过逐渐改变这种工艺参数来制造。
另一实施方式提出：第一连接通道的通道宽度通过工具的转速和/或行进速度的逐渐减小和/或增大来改变。以该方式例如能够简单且便宜地制造渐缩的连接通道。
另一实施方式提出：冷却通道中的至少一个冷却通道以蜿蜒形延伸的方式设置。蜿蜒形的冷却通道结构能够借助于FSC方法在一个工艺步骤中大面积地进而简单且便宜地制造，并且实现有效地散热和热扩散。
另一实施方式提出：该方法包括以下其他步骤：借助于第二FSC方法制造输送通道，该输送通道以从第二冷却通道延伸到金属体的表面的方式设置，经由输送通道用热传输流体填充冷却通道结构，并且封闭输送通道。这种热传输流体能够构成为是导电的和不导电的。还考虑空气、尤其是去离子水、水-乙二醇混合物、电介质液体和/或油。例如，密封塞能够在填充之后可拆卸地封闭输送通道，特别是以流体密封的方式封闭。这种输送通道在第二FSC方法期间通常作为副产品形成。通过使用用于以热传输流体填充的供应通道，进一步简化了制造过程，并且通过减少生产步骤进一步降低制造成本。
另一实施方式提出：冷却通道结构配置有用于两相冷却的热传输流体。两相冷却的实例还包括热虹吸管、热管或脉动的热管。特别地，全氟-N-烷基-吗啉由于其高导热性、其沸点和其介电特性而良好地适合作为用于两相冷却的非导电的热传输介质。通过这种两相冷却实现有效的散热。
另一实施方式提出：金属体由铝、铜或其合金之一制造。这种材料能够借助于FSC方法良好地加工。此外，能够建立良好的电和热连接。
附图说明
下面，根据附图中示出的实施例更详细地描述和解释本发明。
附图示出：
图1示出用于制造冷却设备的方法的示意横截面图，
图2示出半导体装置的第一实施方式的示意横截面图，
图3示出半导体装置的第二实施方式的示意横截面图，
图4示出冷却设备的示意三维视图，和
图5示出转换器的示意图。
具体实施方式
图1示出用于制造包括金属体4的冷却设备2的方法的示意横截面图。金属体4还能够包含铝、铜或其合金之一。冷却设备2借助于FSC方法制造。这种FSC方法或摩擦搅拌孔道加工(Friction Stir Channeling，德语为Rührreibkanalisieren)为摩擦搅拌焊接的改进形式，其中，摩擦搅拌方法被修改成，使得材料有意地从工件料中移出，进而构造成通道。具有旋转探针8的工具6进入金属体4中并沿第一移动方向r1行进，其中，肩部10接触金属体4的表面12、尤其平坦的表面。旋转探头8具有螺纹状轮廓化的焊接心轴14。金属体4的金属材料通过螺纹状轮廓化的焊接心轴14的旋转运动塑化。将塑化的材料的一部分挤出16，该材料经由至少一个挤出开口18排出。材料减少导致构成闭合的、在表面12下方延伸的通道。
在第一步骤中，借助于第一FSC方法在金属体4中的第一深度t1中制造第一冷却通道20，其中，借助于具有第一焊接心轴14的工具6制造第一冷却通道20。第一冷却通道20基本上平行于金属体4的平坦的表面12设置。
然后，借助于第一FSC方法制造第一连接通道22，第一连接通道设置成从第一冷却通道20延伸到金属体4的平坦的表面12。第一连接通道22以基本上垂直于第一冷却通道20和金属体4的表面12延伸的方式设置。
在另一步骤中，借助于第二FSC方法在金属体4中的第二深度t2中制造第二冷却通道24，其中，第二深度t2小于第一深度t1。第二冷却通道24借助于具有第二焊接心轴26的工具6制造，该第二焊接心轴比第一焊接心轴14短并且在第二移动方向r2上行进。第二冷却通道24同样基本上平行于金属体4的平坦的表面12设置。第一冷却通道20与第二冷却通道24之间的流体连接经由第一连接通道22建立，其中，通过冷却通道20、24和第一连接通道22构造冷却通道结构28。
通过在不同的工作深度中依次在相同的金属体4上使用FSC方法，能够在不同深度t1、t2中制造冷却通道20、24，使得能够创建复杂的冷却通道结构28。
图2示出包括半导体元件32的半导体装置30的第一实施方式的示意横截面图。半导体元件32例如构成为垂直功率晶体管，尤其构成为绝缘栅双极晶体管(IGBT)，并且分别与基板34材料配合地连接。例如，IGBT在集电极侧与相应的基底34连接。材料配合的连接还能够是焊接连接和/或烧结连接，但也能够是粘性连接，例如利用导电和导热的胶的粘性连接。基底34分别具有介电的材料层36、设置在朝向半导体元件32的一侧上的第一金属化部38和设置在背离半导体元件32的一侧上的第二金属化部40。介电材料层36还能够包含陶瓷材料，例如氮化铝或氧化铝，或有机材料，例如聚酰胺或环氧树脂。此外，IGBT经由键合连接42、特别是经由键合线或键合带在栅极或发射极侧与相应的基底34的第一金属化部38连接。相应的基底34的第二金属化部40材料配合地、例如经由焊接连接与冷却设备2的表面12连接。替代地，相应的基底34的第二金属化部40能够经由导热膏与冷却设备2的表面12连接。因此，IGBT以电绝缘和导热的方式与冷却设备2连接。
冷却设备2具有通过连接通道22、44、46、48连接的第一冷却通道20和第二冷却通道24。如图1中描述的那样，冷却通道20、24和连接通道22、44、46、48借助于FSC方法制造。此外，第一冷却通道20具有第一流体接口50，该第一流体接口例如设置用于外部输送热传输流体52，而第二冷却通道24具有第二流体接口54，该第二流体接口例如设置用于引出热传输流体52。这种热传输流体52能够构成为导电的和不导电的。还考虑空气、尤其是去离子水、水-乙二醇混合物、介电液体和/或油。因此通过第一冷却通道20、第二冷却通道24和连接通道22、44、46、48形成开放的冷却通道结构28。经由热传输介质24通过冷却通道20、24和通过连接通道22、44、46、48的流56进行热传输。通过巧妙地设置冷却通道结构28，除了优化的介质引导之外，还能够使用冲击冷却(impingement cooling)的效应来局部降低热传递系数。图2中的冷却设备2的其他的设计对应于图1中的设计。
图3示出半导体装置30的第二实施方式的示意横截面图，其中，通过第一冷却通道20、第二冷却通道24和连接通道22、44构造闭合的冷却通道结构28。冷却通道20、24中的至少一个冷却通道蜿蜒形延伸地设置，其中，冷却通道结构28配置有用于两相冷却的热传输流体52。示例性地，图3中构成脉动的热管。
借助于第二FSC方法制造并以从第二冷却通道24延伸到金属体4的表面12的方式设置的输送通道58用于以热传输流体52填充冷却通道结构28。此外，输送通道58利用封闭元件60、例如利用密封塞流体密封且可拆卸地封闭。图3中的半导体装置30的另一设计对应于图2中的设计。
图4示出冷却设备2的示意三维视图，该冷却设计具有第一冷却通道20，第一冷却通道设置在金属体4中的第一深度t1中并且借助于第一FSC方法制造。此外，冷却设备2包括第一连接通道22和第二连接通道44，第二连接通道同样借助于第一FSC方法制造并且以从第一冷却通道20延伸到金属体4的平坦的表面12的方式设置。此外，冷却设备2包括第二冷却通道24和平行于第二冷却通道24延伸的第三冷却通道62。两个冷却通道分别正交于第一冷却通道20延伸。此外，第二冷却通道24经由第一连接通道22与第一冷却通道20连接，而第三冷却通道62经由第二连接通道44与第一冷却通道20连接。
FSC方法利用平衡工艺工作。传送出的材料与对于期望的通道横截面所需的材料一样多。未导出的材料积聚在肩部10的区域(见图1)中并产生封闭的通道。材料输送速率还与工具的几何形状、转速、行进速度和材料的塑化相关。因此，在利用相应的FSC方法制造冷却通道20、24、62时，能够通过改变相应的工具6的转速和/或通过改变相应的工具6的行进速度来改变通道高度h1、h2、h3。如果在一部位处运出更多的材料，则通道在该部位处变得更高。工艺参数的改变也能够逐渐地进行，由此在通道盖中形成轮廓。
虽然第二冷却通道24和第三冷却通道62的通道高度h1是恒定的，这能够通过工具6的恒定转速和恒定行进速度来实现，第一冷却通道20在第一连接通道22的区域中具有尤其线性的、下降的或降低的通道高度h2、h3。上升的通道高度h2、h3例如能够通过工具6的行进速度的逐渐下降和/或转速的提高来实现。下降的通道高度h2、h3例如能够通过工具6的行进速度的逐渐上升和/或转速的降低来实现。通过第一连接通道20在连接通道22、44的区域中的通道高度h2、h3影响相应的连接通道22、44的通道宽度b1、b2、b3。第一连接通道22的通道宽度b2、b3例如通过工具6的行进速度和/或转速的逐渐减小和/或增大来改变。以该方式，形成这种渐缩的连接通道22，其中，通道宽度b2、b3朝表面12减小，特别是单调地减小，还特别是线性地减小。通过改变冷却通道20、24、62的通道高度h1、h2、h3或连接通道22、44的通道宽度b1、b2、b3，能够例如在热点的区域中实现改进的热传输。在图4中的冷却设备2的其他的设计对应于图1中的设计。
图5示出转换器64的示意图，转换器示例性地包括半导体装置30。半导体装置30示例性地包括冷却设备2。
综上所述，本发明涉及一种用于制造用于冷却半导体装置的设备2的方法。为了提出实现半导体装置的改进的散热的便宜且简单的制造方法，提出以下步骤：借助于第一FSC方法在金属体4中的第一深度t1中制造第一冷却通道20；借助于第一FSC方法制造第一连接通道22，该第一连接通道以从第一冷却通道20延伸到金属体4的表面12、尤其平坦的表面的方式设置，借助于第二FSC方法在金属体4中的第二深度t2中制造第二冷却通道24，其中，第二深度t2小于第一深度t1，其中，在第一冷却通道20与第二冷却通道24之间经由第一连接通道22建立流体连接，其中，通过冷却通道20、24和第一连接通道22构造冷却通道结构28。

Claims (16)

1.一种用于制造设备(2)的方法，所述设备用于冷却具有金属体(4)的半导体装置，所述方法包括以下步骤：
借助于第一摩擦搅拌孔道加工方法在所述金属体(4)中的第一深度(t1)制造第一冷却通道(20)，
借助于所述第一摩擦搅拌孔道加工方法制造第一连接通道(22)，将所述第一连接通道设置成从所述第一冷却通道(20)延伸到所述金属体(4)的表面(12)、特别是平坦的表面，
借助于第二摩擦搅拌孔道加工方法在所述金属体(4)中的第二深度(t2)制造第二冷却通道(24)，其中，所述第二深度(t2)小于所述第一深度(t1)，
其中，在所述第一冷却通道(20)与所述第二冷却通道(24)之间经由所述第一连接通道(22)建立流体连接，
其中，由冷却通道(20，24)和所述第一连接通道(22)构造冷却通道结构(28)。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，以基本上垂直于所述第一冷却通道(20)和/或所述金属体(4)的所述表面(12)延伸的方式设置所述第一连接通道(22)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，基本上与所述金属体(4)的所述表面(12)平行地设置所述第一冷却通道(20)和/或所述第二冷却通道(24)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，借助于具有第一焊接心轴(14)的工具(6)制造所述第一冷却通道(20)，以及
借助于具有第二焊接心轴(26)的工具(6)制造所述第二冷却通道(24)，
其中，所述第一焊接心轴(14)长于所述第二焊接心轴(26)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，通过改变工具(6)的转速和/或通过改变工具(6)的行进速度来改变冷却通道(20，24)的通道高度(h1，h2，h3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，通过工具(6)的转速和/或行进速度的逐渐减小和/或增大来改变所述第一连接通道(22)的通道宽度(b1，b2，b3)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，以蜿蜒形延伸的方式设置所述冷却通道(20，24)中的至少一个冷却通道。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下其他步骤：
借助于所述第二摩擦搅拌孔道加工方法制造输送通道(58)，以从所述第二冷却通道(24)延伸到所述金属体(4)的表面(12)的方式设置所述输送通道，
经由所述输送通道(58)用热传输流体(52)填充所述冷却通道结构(28)，以及
封闭所述输送通道(58)。
9.根据权利要求8所述的方法，
其中，为所述冷却通道结构(28)配置用于两相冷却的热传输流体(52)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，所述金属体(4)由铝或铜或由铝合金和铜合金之一制成。
11.一种用于冷却半导体装置的设备(2)，所述设备包括：
金属体(4)，
借助于第一摩擦搅拌孔道加工方法制造的第一冷却通道(20)，所述第一冷却通道设置成在所述金属体(4)中的第一深度(t1)延伸，
借助于所述第一摩擦搅拌孔道加工方法制造的第一连接通道(22)，所述第一连接通道设置成从所述第一冷却通道(20)延伸到所述金属体(4)的表面(12)、特别是平坦的表面，
借助于第二摩擦搅拌孔道加工方法制造的第二冷却通道(24)，所述第二冷却通道设置成在所述金属体(4)中的第二深度(t2)延伸，其中，所述第二深度(t2)小于所述第一深度(t1)，
其中，所述第一冷却通道(20)经由所述第一连接通道(22)与所述第二冷却通道(24)以流体连接，
其中，由冷却通道(20，24)和所述第一连接通道(22)构造冷却通道结构(28)。
12.根据权利要求11所述的设备(2)，
其中，以基本上垂直于所述第一冷却通道(20)和/或所述金属体(4)的所述表面(12)延伸的方式设置所述第一连接通道(22)。
13.根据权利要求11或12所述的设备(2)，
其中，基本上与所述金属体(4)的所述表面(12)平行地设置所述第一冷却通道(20)和/或所述第二冷却通道(24)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的设备(2)，
其中，所述冷却通道结构(28)包含热传输流体(52)并且所述冷却通道结构配置用于两相冷却。
15.一种半导体装置(30)，具有至少一个半导体元件(32)和根据权利要求11至14中任一项所述的设备(2)，其中，所述半导体元件(32)与所述设备(2)导热地连接。
16.一种转换器(64)，具有至少一个根据权利要求15所述的半导体装置(30)。
CN202310296208.1A 2022-03-24 2023-03-23 制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法 Pending CN116805581A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22164158.2 2022-03-24
EP22164158.2A EP4250340A1 (de) 2022-03-24 2022-03-24 Verfahren zum herstellen einer vorrichtung zur kühlung einer halbleiteranordnung mit einem metallischen körper

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116805581A true CN116805581A (zh) 2023-09-26

Family

ID=80933582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310296208.1A Pending CN116805581A (zh) 2022-03-24 2023-03-23 制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230307250A1 (zh)
EP (1) EP4250340A1 (zh)
CN (1) CN116805581A (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19506093C2 (de) * 1995-02-22 2000-12-07 Dilas Diodenlaser Gmbh Diodenlaserbauelement
DE10234704A1 (de) * 2002-07-30 2004-02-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleitervorrichtung mit Kühlelement
US6923362B2 (en) 2002-09-30 2005-08-02 The Curators Of University Of Missouri Integral channels in metal components and fabrication thereof
EP3823018A1 (de) 2019-11-18 2021-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Elektronikmodul mit einer pulsierenden heatpipe

Also Published As

Publication number Publication date
US20230307250A1 (en) 2023-09-28
EP4250340A1 (de) 2023-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9795057B2 (en) Method of producing a liquid cooled coldplate
US8902589B2 (en) Semiconductor module and cooler
US7547966B2 (en) Power semiconductor module
US20180042137A1 (en) Method of Producing a Liquid Cooled Coldplate
KR101906646B1 (ko) 반도체 모듈용 냉각기 및 반도체 모듈
EP2752104B1 (en) Enhanced clad metal base plate assembly
JP6341285B2 (ja) 半導体装置
JP6227970B2 (ja) 半導体装置
US9564385B2 (en) Package for a semiconductor device
US9655294B2 (en) Method of producing electronics substrate with enhanced direct bonded metal
US9559038B2 (en) Package for a semiconductor device
US20240105547A1 (en) Systems and methods for an interlocking feature on a power module
CN115084058B (zh) 一种功率半导体器件封装结构
WO2016187131A1 (en) Liquid cooled coldplate
JP4626082B2 (ja) 冷却水路を備えた電気装置
CN111540717B (zh) 一种功率模块
CN116805581A (zh) 制造用于冷却具有金属体的半导体装置的设备的方法
JP2001284513A (ja) パワー半導体装置
US10896865B2 (en) Power electronics modules including an integrated cooling channel extending through an electrically-conductive substrate
CN117157753A (zh) 具有冷却体和至少一个半导体模块的半导体模块组件
CN210325775U (zh) 液冷散热器
EP3698399A1 (en) Method of producing a liquid cooled coldplate
US12062593B2 (en) Power device assemblies and cooling devices for cooling heat-generating devices
CN116741723B (zh) 一种igbt模块及其制造工艺
CN116666329A (zh) 冷却集成的氮化镓模块及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination