CN117751447A - 半导体装置 - Google Patents
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Abstract
半导体装置包括用于电力转换的至少一个电源模块。第一模具主体设置在所述电源模块的第一模块侧与第二模块侧之间。至少一个半导体芯片嵌入所述第一模具主体中。所述第一模块侧包括形成所述至少一个电源模块的上散热表面的上金属层。所述第二模块侧包括形成所述至少一个电源模块的下散热表面的下金属层。第二模具主体封装所述至少一个电源模块。上腔在所述第二模具主体中形成，以形成上冷却通道。下腔在所述第二模具主体中形成，以形成下冷却通道。所述上金属层和所述下金属层与所述第二模具主体的相应接触区域包括粗糙表面结构，所述粗糙表面结构使得所述相应接触区域与所述第二模具主体之间能够密封连接。
Description
技术领域
本发明涉及可以用于汽车和工业设备中的模制电源模块的低成本和高效直接水冷却领域。例如，本发明涉及具有冷却通道的半导体装置，该冷却通道用于通过冷却介质流冷却半导体装置。
背景技术
在汽车和工业应用中，尤其是汽车逆变器系统，高效冷却是提高性能和寿命的关键。冷却系统内从模具表面到冷却介质(例如水乙二醇混合物)的热路径越高效，系统在给定的有源芯片区域可以提供的功率越高。双侧冷却电源模块的基本模拟表明，“直接水冷却”概念提供了最佳的性能。该概念假定冷却介质与包装自身的散热区域直接接触，因此需要高效地密封冷却介质。目前，所有的冷却方案都是基于密封圈或粘合概念，没有考虑使用的电源模块。但是，密封圈容易出现泄漏，焊接结构在热和冷试验期间存在问题。根据经验，这些密封会受到潜在故障的影响，因为密封环可能会破裂，并且直接材料接触通常会受到元件之间CTE(热膨胀系数)不匹配加上不充分的粘合特性，甚至表面上的残留物导致的分层的影响。因此，需要一种以最佳成本水平实现“直接水冷却”并具有高可靠性(如汽车级可靠性)的冷却概念。
发明内容
根据本发明的设备和方法可以提供具有冷却概念的半导体装置的方案，不存在以上所描述的缺点。因此，提供了一种用于模制电源模块的高效直接水冷却的方案。需要说明的是，本文所使用的术语直接水冷却还包括通过水乙二醇混合物等其它液体冷却介质的直接冷却。
上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
本发明的基本思想是无密封环直接冷却概念，用于生产直接冷却的电源模块(尤其是双侧冷却模块)，包括形成“第二模具主体”，结合机械互锁，以用于在关键密封区域内粘合。当形成第二模具主体时，示例性数量的三个模块(例如半桥)被放在一边，并与“第二模具主体”连接。然后，这三个模块形成了驱动三相电机所需的“六组”。
本发明的另一个思想是湍流结构的概念，尤其是非均匀湍流结构。这种湍流结构可以夹在模块与盖板(顶盖板和底盖板)的冷却器区域之间，以例如在整个六组装置中实现平衡的芯片温度，例如在5摄氏度的一定范围内。这种温度平衡对于冷却介质通过三个模块的均匀电流流动至关重要，并显著提高了性能和可靠性。在这个概念中，非均匀湍流插入件可以夹在冷却器区域与盖板(顶盖板和底盖板)之间，这确保了这种接触和这种扩散性能，使得芯片温度可以保持在一定的温度范围内，例如在5摄氏度以内，即使在满载时也是如此。
为了详细描述本发明，使用以下术语、缩略语和符号：
CTE 热膨胀系数
DBA 直接焊接铝
US焊接超声焊接
ALD原子层沉积
根据第一方面，本发明涉及一种半导体装置，包括：用于电力转换的至少一个电源模块，至少一个电源模块包括第一模块侧和与第一模块侧相对的第二模块侧，其中，第一模具主体设置在第一模块侧与第二模块侧之间；至少一个半导体芯片，嵌入第一模具主体中；其中，第一模块侧包括形成至少一个电源模块的上散热表面的上金属层，第二模块侧包括形成至少一个电源模块的下散热表面的下金属层；第二模具主体，包括第一主体侧和与第一主体侧相对的第二主体侧，第二模具主体封装至少一个电源模块，其中，上腔在第二模具主体中在上金属层上方形成，以形成上冷却通道，下腔在第二模具主体中在下金属层下方形成，以形成下冷却通道，其中，上金属层和下金属层与第二模具主体的相应接触区域包括粗糙表面结构，粗糙表面结构使得相应接触区域与第二模具主体之间能够密封连接。
粗糙表面结构提供了这样的技术效果，即上金属层和下金属层包括可以爪入第二模具主体的软材料(例如由热塑性塑料制成)的底切结构。上/下金属层的粗糙表面结构的这些尖锐边缘爪入第二模具主体中，这通过机械粘合(例如以尼龙搭扣紧固件的方式)提供紧密或密封的连接。
在半导体装置的示例性实现方式中，孔在第二模具主体中形成，其中，上冷却通道和下冷却通道流体连接，上冷却通道和下冷却通道形成为使得冷却介质能够流过上冷却通道和下冷却通道。
这提供了通过直接水冷却高效地冷却半导体装置的优点。当然，任何其它液体都可以用于冷却，例如水乙二醇混合物。
例如，该孔可以是穿过第二模具主体的通孔，以连接上冷却通道和下冷却通道。
替代地，例如，该孔可以是用于连接上冷却通道的单侧孔，而另一个单侧孔可以用于连接下冷却通道。
例如，第二模具主体可以包括一个或多个通孔和/或一个或多个单侧孔。
在半导体装置的示例性实现方式中，半导体装置包括：顶盖板，覆盖第二模具主体的第一主体侧和上腔；底盖板，覆盖第二模具主体的第二主体侧和下腔。
这提供了这样的优点，即顶盖板和底盖板可以用于密封半导体装置内的电源模块，以便保护它们免受环境影响。
在半导体装置的示例性实现方式中，顶盖板包括冷却介质入口和冷却介质出口，冷却介质入口和冷却介质出口用于使得冷却介质能够流过上冷却通道和下冷却通道。
这提供了高效冷却的优点。冷却介质可以由入口引导，以通过电源模块的冷却通道流动到出口，从而冷却电源模块内的半导体芯片的温度。
底盖板可以类似地形成，即具有相同的功能：底盖板可以包括冷却介质入口和冷却介质出口，冷却介质入口和冷却介质出口用于使冷却介质能够流过上冷却通道和下冷却通道。
在半导体装置的示例性实现方式中，顶盖板和底盖板与第二模具主体的相应接触区域包括具有粗糙表面结构的金属化物，该粗糙表面结构使得相应接触区域与第二模具主体之间能够密封连接。
顶盖板/底盖板的金属化物的粗糙表面结构提供了与以上关于具有第二模具主体的电源模块衬底所描述的相同的技术效果，即，顶盖板/底盖板的金属化物包括可以爪入第二模具主体的软材料(例如由热塑性塑料制成)的底切结构。顶盖板/底盖板的金属化物的粗糙表面结构的这些尖锐边缘爪入第二模具主体，这通过机械粘合(例如以尼龙搭扣紧固件的方式)提供紧密或密封的连接。
在半导体装置的示例性实现方式中，顶盖板和底盖板的相应接触区域的金属化物包括铝金属化物。
这提供了这样的优点，即铝是一种非常高效的热导体，它能够高效地冷却半导体装置。
在半导体装置的示例性实现方式中，至少一个电源模块包括：多层上衬底，包括形成上金属层的铝表面；和/或多层下衬底，包括形成下金属层的铝表面。
这提供了这样的优点，即电源模块可以放置在上衬底和/或下衬底上，该上衬底和/或下衬底被良好的热导体覆盖，铝表面提供了良好的热耗散。
在半导体装置的示例性实现方式中，多层上衬底和/或多层下衬底包括形成铝表面的铝层与铜或铝层之间的陶瓷层。
这提供了这样的优点，即陶瓷层提供了良好的电绝缘，并且粗糙化的铝表面提供了与第二模具主体的良好粘合。
在半导体装置的示例性实现方式中，多层上衬底包括上铜层与下铜层之间的陶瓷层，其中，焊接铝层放置在上铜层上，焊接铝层形成上金属层的铝表面。
焊接铝层可以有利地通过焊接施加，或者替代地，箔可以在连接之前已经被粗糙化，至少在朝向第二模具主体的一侧上被粗糙化。
多层下衬底可以类似于多层上衬底形成，即：多层下衬底可以包括上铜层与下铜层之间的陶瓷层，其中，焊接铝层可以被放置在下铜层上，焊接铝层形成下金属层的铝表面。
在半导体装置的示例性实现方式中，上金属层和/或下金属层被粘合层覆盖。
这提供了这样的优点，即当使用这种薄的粘合层时，可以提高电源模块与第二模具主体之间的粘合力。
在半导体装置的示例性实现方式中，粘合层包括原子层沉积的氧化铝层。
这提供了这样的优点，即粘合层可以非常薄。
例如，氧化铝层可以包括Al2O3层。
在半导体装置的示例性实现方式中，粘合层覆盖至少一个电源模块的上金属层、下金属层和第一模具主体。
这提供了这样的优点，即粘合层可以密封电源模块。
在半导体装置的示例性实现方式中，半导体装置包括：设置在至少一个电源模块的上散热表面与顶盖板之间的上冷却通道内的湍流结构。
通过使用这种湍流结构，可以高效地实现电源模块的冷却。湍流结构对冷却介质的湍流导致电源模块的所有半导体芯片的相似结温和相似的冷却条件。
在半导体装置的示例性实现方式中，湍流结构夹在或卡在上金属层与顶盖板之间。
这提供了这样的优点，即湍流结构可以容易地连接在电源模块的上金属层与半导体装置的顶盖板之间。
在半导体装置的示例性实现方式中，湍流结构包括非均匀湍流结构。
这提供了这样的优点，即非均匀性实现了冷却介质的更好混合和所有半导体芯片的更均匀冷却。
在半导体装置的示例性实现方式中，湍流结构由可压缩材料制成。
这提供了这样的有点，即易于连接湍流结构，从而高效地生产整个半导体装置。
(上)非均匀湍流结构可以设置在至少一个电源模块的上散热表面上方的上冷却通道内。上非均匀湍流结构可以形成为使得冷却介质通过上冷却通道非均匀流动，以将至少一个电源模块的所有半导体芯片的结温保持在预定的温度范围内。
下湍流结构可以类似于上湍流结构形成：
半导体装置可以包括设置在至少一个电源模块的下散热表面与底盖板之间的下冷却通道内的下湍流结构。
下湍流结构可以夹在或卡在下金属层与底盖板之间。
下湍流结构可以包括下非均匀湍流结构。
下湍流结构可以由可压缩材料制成。
下非均匀湍流结构可以设置在至少一个电源模块的下散热表面下方的下冷却通道内。下非均匀湍流结构可以形成为使得冷却介质通过下冷却通道非均匀流动，以将至少一个电源模块的所有半导体芯片的结温保持在预定的温度范围内。
在半导体装置的示例性实现方式中，湍流结构包括根据第一几何形状设计的第一肋结构块和根据第二几何形状设计的第二肋结构块。
这提供了这样的优点，即通过形成两种不同几何形状的肋结构，可以容易地实现非均匀性。
在半导体装置的示例性实现方式中，第一块的肋结构和第二块的肋结构设置成行，其中，第一块的行数和第二块的行数不同。
这提供了这样的优点，即不同的行数产生冷却介质的非均匀流动，从而实现高效的冷却。
在半导体装置的示例性实现方式中，第一块的肋结构的长度和第二块的肋结构的长度是不同的。
这提供了这样的优点，即肋结构的不同长度导致冷却介质的非均匀流动，从而实现高效的冷却。
在半导体装置的示例性实现方式中，湍流结构形成为夹在至少一个电源模块的上散热表面与顶盖板之间的插入件。
这提供了这样的优点，即插入件可以容易地夹在半导体装置中。
在半导体装置的示例性实现方式中，插入件由铝制成。
这提供了铝的良好散热的优点。
在半导体装置的示例性实现方式中，焊接铝层包括湍流结构。
这提供了这样的优点，即湍流结构可以直接设置在焊接铝层上。焊接铝层可以具有粗糙化的结构，以与电源模块的衬底良好粘合，同时在其背侧具有湍流结构，以高效地散热。
在半导体装置的示例性实现方式中，湍流结构包括非均匀湍流结构。
这提供了这样的优点，即非均匀性实现了冷却介质的更好混合和所有半导体芯片的更均匀冷却。
在半导体装置的示例性实现方式中，湍流结构包括根据第一几何形状设计的第一翅片或引脚块和根据第二几何形状设计的第二翅片或引脚块。
这提供了这样的优点，即通过形成两种不同几何形状的翅片或引脚结构，可以容易地实现非均匀性。
湍流结构可以设置在形成至少一个电源模块的上散热表面的焊接铝层上方的上冷却通道内。湍流结构可以形成为使得冷却介质通过上冷却通道非均匀流动，以将至少一个电源模块的所有半导体芯片的结温保持在预定的温度范围内。
下湍流结构可以类似于如以上所描述的(上)湍流结构形成：该下湍流结构可以设置在形成至少一个电源模块的下散热表面的焊接铝层下方的下冷却通道内。下湍流结构可以形成为使得冷却介质通过下冷却通道非均匀流动，以将至少一个电源模块的所有半导体芯片的结温保持在预定的温度范围内。
根据第二方面，本发明涉及一种用于生产半导体装置的方法，该方法包括：形成用于电力转换的至少一个电源模块，至少一个电源模块包括第一模块侧和与第一模块侧相对的第二模块侧；至少一个电源模块的形成包括：在至少一个电源模块的第一模块侧与第二模块侧之间设置第一模具主体；在第一模具主体内嵌入至少一个半导体芯片；在第一模块侧设置上金属层，上金属层形成至少一个电源模块的上散热表面；在第二模块侧设置下金属层，下金属层形成至少一个电源模块的下散热表面；形成第二模具主体，第二模具主体包括第一主体侧和与第一主体侧相对的第二主体侧，第二模具主体封装至少一个电源模块；在第二模具主体中在上金属层上方形成上腔，以形成上冷却通道；在第二模具主体中在下金属层下方形成下腔，以形成下冷却通道，其中，上金属层和下金属层与第二模具主体的相应接触区域包括粗糙表面结构，粗糙表面结构使得相应接触区域与第二模具主体之间能够密封连接。
这种方法提供了这样的优点，即半导体装置可以容易地生产。
该方法的优点与半导体装置的对应实现形式相同，反之亦然。
根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序产品，包括计算机可执行代码或计算机可执行指令，可执行代码或计算机可执行指令在被执行时，使至少一个计算机执行根据以上所描述的第三方面的方法。
附图说明
本发明的其它实施例将结合以下附图进行描述。
图1示出了示例性半导体装置100的横截面的示意图。
图2示出了具有第二模具主体120的示例性半导体装置200的三维视图，半导体装置200包括示例性数量的三个电源模块110。
图3示出了半导体装置200的三维视图，其中，顶盖板130安装在第二模具主体120上。
图4示出了示例性电源模块110的三维视图，电源模块110包括具有示例性数量为12的半导体芯片112的芯片装置。
图5示出了嵌入模具主体113中的电源模块110的第一模块侧111a的三维视图。
图6示出了待嵌入第二模具主体120中的设置成一排的三个电源模块110的三维视图。
图7示出了根据第一粘合变型设计的半导体装置100的横截面的示意图。
图8示出了根据第二粘合变型设计的示例性半导体装置800的横截面的示意图。
图9示出了根据第三粘合变型设计的示例性半导体装置900的横截面的示意图。
图10a示出了具有第二模具主体120和三个电源模块110的半导体装置200的截面图。
图10b示出了具有嵌入湍流结构1001和未安装的顶盖130和底板140的半导体装置200的截面图。
图10c示出了具有嵌入湍流结构1001和安装的顶板130和底板140的半导体装置200的截面图。
图11a示出了具有第二模具主体120和安装的顶板130和底板140的半导体装置200的三维视图。
图11b示出了半导体装置200的截面图，其中，冷却介质1100流过上冷却通道122a和下冷却通道122b以及湍流结构1001。
图12示出了冷却板1200的三维视图，冷却板1200包括具有示例性湍流结构1201、1202的金属层1210。
图13示出了具有安装在电源模块110上的湍流结构1201、1202的半导体装置200的三维视图。
图14示出了半导体装置200的三维视图，以及芯片112在整个装置中的示例性位置。
图15示出了安装在电源模块110上以形成半导体装置200的示例性冷却板1500的三维视图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考构成本说明书一部分的附图，其中通过图示示出可以实践的本发明的具体方面。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它方面，并且可以进行结构或逻辑更改。因此，以下具体实施方式不应以限制性的意义来理解，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
应理解，与所描述的方法有关的注释对于与用于执行方法对应的设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个具体的方法步骤，则对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中详细阐述或说明。此外，应当理解的是，除非另外明确说明，否则本文中描述的各种示例性方面的特征可以相互组合。
本文描述的半导体装置、设备和系统可以在汽车、工业或消费电子应用等中实现，例如用于驱动负载、转换功率等。但是，本文描述的半导体装置、设备和系统也可以在无线通信方案(例如根据5G或WiFi的通信方案)中实现，例如用于物联网等。所描述的半导体装置、设备和系统可以包括集成电路和/或功率半导体，并且可以根据各种技术制造。例如，半导体装置、设备和系统可以用于功率和/或逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路等。
在本发明中，描述了双侧冷却(double side cooling，DSC)封装，但是本发明的概念也可以应用于单侧冷却(single side cooling，SSC)封装。单侧冷却(single sidecooling，SSC)封装覆盖有绝缘模具。因此，封装的散热路径主要是其底部(例如漏极或集电极)侧冷却板。在另一侧，双侧冷却(double side cooling，DSC)封装除了底部侧板外，还有顶部(例如源极或发射极)侧冷却板。这些冷却板有助于降低热阻。当热量从顶部表面和底部表面去除时，双侧冷却封装高效地利用散热器。这些双侧冷却封装专为高效冷却而设计，以实现可以与此类系统交换的最高能量水平。
在本发明中，描述了具有半导体芯片的电源模块。例如，这些电源模块可以包括MOSFET晶体管或IGBT。电源模块可以基于硅氮化物半导体技术或硅半导体技术生产。
图1示出了示例性半导体装置100的横截面的示意图。
半导体装置100包括用于电力转换的至少一个电源模块110，至少一个电源模块包括第一模块侧111a和与第一模块侧111a相对的第二模块侧111b。第一模具主体113设置在第一模块侧111a与第二模块侧111b之间。
在该示意图中，仅可见单个电源模块110。但是，半导体装置100可以包括任何数量的电源模块，例如，如图2、图3和图6所示的三个电源模块110。
半导体装置100包括至少一个半导体芯片112，该半导体芯片112嵌入在第一模具主体113中。
在该示意图中，仅可见单个半导体芯片112。但是，半导体装置100可以包括任何数量的半导体芯片112，例如，如图4和图14所示，每个电源模块110包括12个半导体芯片112。
第一模块侧111a包括形成至少一个电源模块110的上散热表面的上金属层114a。第二模块侧111b包括形成至少一个电源模块110的下散热表面的下金属层114b。
半导体装置100包括第二模具主体120，第二模具主体120包括第一主体侧121a和与第一主体侧121a相对的第二主体侧121b。第二模具主体120封装至少一个电源模块110。
上腔122a在第二模具主体120中在上金属层114a上方形成，以形成上冷却通道122a。下腔122b在第二模具主体120中在下金属层114b下方形成，以形成下冷却通道122b。
上金属层114a和下金属层114b与第二模具主体120的相应接触区域124a、124b包括粗糙表面结构，粗糙表面结构使得相应接触区域124a、124b与第二模具主体120之间能够密封连接。
粗糙表面结构提供了这样的技术效果，即上金属层和下金属层包括可以爪入第二模具主体的软材料(例如由热塑性塑料制成)的底切结构。上/下金属层的粗糙表面结构的这些尖锐边缘爪入第二模具主体中，这通过机械粘合(例如以尼龙搭扣紧固件的方式)提供紧密或密封的连接。
孔123(未在图1中示出，但在图2中示出)可以在第二模具主体120中形成。上冷却通道122a和下冷却通道122b可以流体连接，并且上冷却通道122a和下冷却通道122b可以形成为使得冷却介质能够流过上冷却通道122a和下冷却通道122b。
例如，该孔可以是穿过第二模具主体的通孔，以连接上冷却通道和下冷却通道。
替代地，例如，该孔可以是用于连接上冷却通道的单侧孔，而另一个单侧孔可以用于连接下冷却通道。
例如，第二模具主体可以包括一个或多个通孔和/或一个或多个单侧孔。
半导体装置100可以包括覆盖第二模具主体120的第一主体侧121a和上腔122a的顶盖板130。
半导体装置100可以包括覆盖第二模具主体120的第二主体侧121b和下腔122b的底盖板140。
顶盖板130可以包括冷却介质入口131a和冷却介质出口131b，冷却介质入口131a和冷却介质出口131b可以用于使得冷却介质能够流过上冷却通道122a和下冷却通道122b。
底盖板140可以类似地形成，即具有相同的功能：底盖板140可以包括冷却介质入口和冷却介质出口，冷却介质入口和冷却介质出口用于使得冷却介质能够流过上冷却通道122a和下冷却通道122b。
顶盖板130和底盖板140与第二模具主体130的相应接触区域125a、125b可以包括具有粗糙表面结构的金属化物，粗糙表面结构使得相应接触区域125a、125b与第二模具主体120之间能够密封连接。
顶部/底部盖板的金属化物的粗糙表面结构提供了与上述接触区域124a、124b相同的技术效果，即顶部/底部盖板的金属化物包括可以爪入第二模具主体的软材料(例如由热塑性塑料制成)的底切结构。顶盖板/底盖板的金属化物的粗糙表面结构的这些尖锐边缘爪入第二模具主体，这通过机械粘合(例如以尼龙搭扣紧固件的方式)提供紧密或密封的连接。
顶盖板130和底盖板140的相应接触区域125a、125b的金属化物可以包括铝金属化物等。
至少一个电源模块110可以包括：多层上衬底115，多层上衬底115包括形成上金属层114a的铝表面。
至少一个电源模块110可以包括多层下衬底116，多层下衬底116包括形成下金属层114b的铝表面。
多层上衬底115和/或多层下衬底116可以包括在形成铝表面的铝层115a、116a与铜或铝层115c、116c之间的陶瓷层115b、116b，例如，如图7所示。
多层上衬底115可以包括在上铜层815a、816c与下铜层815c、816a之间的陶瓷层815b、816b，例如，如图8所示。焊接铝层810可以放置在上铜层815a上。该焊接铝层810可以形成上金属层114a的铝表面，例如，如图8所示。
多层下衬底116可以类似于多层上衬底115形成，即：多层下衬底116可以包括在上铜层816c与下铜层816a之间的陶瓷层816b，其中，焊接铝层820可以放置在下铜层816a上，焊接铝层820形成下金属层114b的铝表面，例如，如图8所示。
上金属层114a和/或下金属层114b可以分别由粘合层910、920覆盖，例如，如图9所示。
粘合层910、920可以包括原子层沉积的氧化铝层。
例如，氧化铝层可以包括Al2O3层。
如图9所示的粘合层910、920可以覆盖至少一个电源模块110的上金属层114a、下金属层114b和第一模具主体113。
半导体装置100可以包括设置在至少一个电源模块110的上散热表面与顶盖板130之间的上冷却通道122a内的湍流结构1001，例如，如图10b和图10c所示。
湍流结构1001可以夹在或卡在上金属层114a与顶盖板130之间。
湍流结构1001可以包括非均匀湍流结构1201、1202，例如，如图12所示。
湍流结构1001可以由可压缩材料制成。
(上)非均匀湍流结构可以设置在至少一个电源模块110的上散热表面上方的上冷却通道122a内。上非均匀湍流结构可以形成为使得冷却介质通过上冷却通道122a非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
下湍流结构可以类似于上湍流结构形成。即，半导体装置100可以包括设置在至少一个电源模块110的下散热表面与底盖板140之间的下冷却通道122b内的下湍流结构。下湍流结构可以夹在或卡在下金属层114b与底盖板140之间。下湍流结构可以包括下非均匀湍流结构。下湍流结构可以由可压缩材料制成。下非均匀湍流结构可以设置在至少一个电源模块110的下散热表面下方的下冷却通道122b内。下非均匀湍流结构可以形成为使得冷却介质通过下冷却通道122b非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
湍流结构1001可以包括根据第一几何形状设计的第一肋结构块1201和根据第二几何形状设计的第二肋结构块1202，例如，如图12所示。
第一块1201的肋结构和第二块1202的肋结构可以设置成行。第一块1201的行数和第二块1202的行数可以不同。
第一块1201的肋结构的长度和第二块1202的肋结构的长度可以不同。
湍流结构1001可以形成为夹在至少一个电源模块110的上散热表面与顶盖板130之间的插入件，例如，如图13所示。
插入件可以由铝制成。
图8所示的焊接铝层810、820可以包括湍流结构1500，例如，如图15所示。
该湍流结构1500可以包括非均匀湍流结构，例如，如图15所示。
例如，湍流结构1500可以包括根据第一几何形状设计的第一翅片或引脚块1501和根据第二几何形状设计的第二翅片或引脚块1502，例如，如图15所示。
湍流结构1500可以设置在形成至少一个电源模块110的上散热表面的焊接铝层810(如图8所示)上方的上冷却通道122a内。湍流结构1500可以形成为使得冷却介质通过上冷却通道122a的非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
下湍流结构1500可以类似于如以上所描述并在图15中示出的(上)湍流结构1500形成。即，该下湍流结构可以设置在形成至少一个电源模块110的下散热表面的焊接铝层820(图8所示)下方的下冷却通道122b内。下湍流结构1500可以形成为使得冷却介质通过下冷却通道122b非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
图2示出了具有第二模具主体120的示例性半导体装置200的三维视图，半导体装置200包括示例性数量的三个电源模块110。
根据图1的示意图，三个电源模块110嵌入在第二模具主体120中。示例性数量的两个孔123(可以是通孔)被放置在第二模具主体120中，以提供冷却介质的输入和输出。电源模块110包括用于外部连接电源模块110的半导体芯片112的引线框架117。
例如，第二模具主体120可以通过传送模塑工艺施加。在该工艺中，电源模块110可以夹在形成模块周围区域的模槽中(第二模具主体的负形)。第二模具主体120可以由热固性材料或热塑性材料组成，热固性材料或热塑性材料可以在温度和压力下在模槽的腔中转换。这可以以这样的方式执行：三个电源模块110固定在一起，并且在双侧冷却模块110的每侧上形成流动区域，即图1所示的上冷却通道122a和下冷却通道122b。形状可以以这样的方式选择：例如，流动通道122a、122b可以接触到一个入口和一个出口点123。当然，可以在第二模具主体120中实现一个以上的入口和一个以上的出口。
该形状也可以以这样的方式选择：模块的外部冷却器区域(顶部和底部)的冷却区域，即图1所示的上金属层114a和下金属层114b，能够接触到冷却介质。冷却介质可以包括水和乙二醇混合物，例如以1:1的关系。
外部Cu区域可以覆盖有附加的层(例如镍)，以防止基底Cu材料被腐蚀，这些层通常不是用于粘合的嵌套层(例如形成氧化镍)。
为了确保整个系统内的可靠粘合，本发明中描述的粘合概念不是基于纯化学粘合，而是基于机械粘合。这种新的粘合概念影响电源模块110的构造以及第二模具主体120的构造。机械粘合的新概念是基于这样的观点，即通过将粗糙化的铝表面压入软化的热塑性材料中，可以实现高效的粘合。
图3示出了半导体装置200的三维视图，其中，顶盖板130安装在第二模具主体120上。
在半导体装置200的这种表示中，顶盖板130和底盖板140安装在图2所示的第二模具主体120上。如图2所示，用于冷却介质的一个入口131a和一个出口131b分别设置在第二模具主体120的孔123上方。当然，可以有一个以上的入口131a和出口131b。在另一种实现方式中，入口131a和出口131b可以放置在半导体装置200的不同侧，例如入口131a在顶盖板130中，出口131b在底盖板140中，或者反之亦然。
图4示出了示例性电源模块110的三维视图，该示例性电源模块110包括具有示例性数量为12的半导体芯片112的芯片装置。
芯片可以放置在底部衬底116上，例如印刷电路板上。底部衬底116可以包括多层衬底，例如铜-陶瓷-铜层。多个间隔件401可以放置在多层底部衬底116上。引线框架117可以将半导体芯片112连接到外部。
具有其全部或至少一部分半导体芯片112的电源模块110可以形成开关电路，例如包括串联连接的第一开关和第二开关。第一开关可以连接在第一端子P与第三端子AC之间。第二开关可以连接在第二端子N与第三端子AC之间。例如，切换电路可以将第一端子P与第二端子N之间的DC电压切换到第三端子AC处的AC电压。例如，第一开关可以实现高侧开关。例如，第二开关可以实现低侧开关。这两个开关都可以实现半桥或全H桥的一部分。
第一开关可以由具有漏极端子、源极端子和栅极端子的场效应晶体管(fieldeffect transistor，FET)以及并联连接到FET的二极管来实现。替代地，可以使用绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)代替FET。
图5示出了嵌入模具主体113中的电源模块110的第一模块侧111a的三维视图。在该视图中，可以看到顶部衬底115的外部冷却区域111a。图4所示的半导体芯片112嵌入在电源模块110的模具主体113中。如图1所示的引线框117设置在电源模块100的两侧。一个AC引脚117a与其它引脚117b一起设置在电源模块110的一侧。三个其它AC引脚117a设置在电源模块110的相对侧。
如以上所描述，电源模块110可以形成开关电路，例如包括串联连接的第一开关和第二开关。第一开关可以连接在任何引线框引脚117a之间。第二开关可以连接在任何引线框引脚117a之间。
图6示出了待嵌入第二模具主体120中的设置成一排的三个电源模块110的三维视图。
这排三个电源模块110可以嵌入在第二模具主体120中，并由顶盖板130和底盖板140覆盖，以形成如图1至图3所示的半导体装置100、200。
图7示出了根据第一粘合变型设计的半导体装置100的横截面的示意图。该半导体装置100对应于上面关于图1描述的半导体装置。
至少一个电源模块110可以包括多层上衬底115，该多层上衬底115包括形成上金属层114a的铝表面。至少一个电源模块110可以包括多层下衬底116，多层下衬底116包括形成下金属层114b的铝表面。
多层上衬底115和/或多层下衬底116可以包括在形成铝表面的铝层115a、116a与铜或铝层115c、116c之间的陶瓷层115b、116b。
促进粘合的直接方法是在所有关键界面124a、134b、125a、125b上具有粗糙化的铝表面701。这意味着，不仅两个盖板130、140由已经经历了化学粗糙化工艺的铝制成，而且电源模块110的两个外部散热区域115、116也是如此。例如，这可以通过使用具有铝表面的衬底来实现，例如使用直接焊接铝(direct bonded aluminum，DBA)作为衬底。
该变型的衍生物可以是混合衬底，外层有铝(为了粘合而粗糙化并且默认情况下可以对抗由冷却液引起的腐蚀)，内侧有Cu(铜)，这实现了优异的导热性和导电性。
图8示出了根据第二粘合变型设计的示例性半导体装置800的横截面的示意图。该半导体装置800可以对应于上面关于图1描述的半导体装置100，并在下面描述的结构中进行一些变化。
多层上衬底115可以包括在上铜层815a、816c与下铜层815c、816a之间的陶瓷层815b、816b。焊接铝层810可以放置在上铜层815a上。该焊接铝层810可以形成上金属层114a的铝表面。
多层下衬底116可以类似于多层上衬底115形成，即：多层下衬底116可以包括在上铜层816c与下铜层816a之间的陶瓷层816b，其中，焊接铝层820可以放置在下铜层816a上，焊接铝层820形成下金属层114b的铝表面。
半导体装置800是以上所描述的半导体装置100的高效替代方案。可以使用DSC模块，然后可以向模块的外部冷却器区域施加铝箔，例如通过焊接或超声焊接。在箔片被连接之后，可以被粗糙化，或箔片在连接之前已经粗糙化，至少在朝向第二模具主体的一侧上粗糙化。
图9示出了根据第三粘合变型设计的示例性半导体装置900的横截面的示意图。该半导体装置900可以对应于上面关于图1描述的半导体装置100，并在下面描述的结构中进行一些变化。
上金属层114a和/或下金属层114b可以由粘合层910、920覆盖，如图9所示。粘合层910、920可以包括原子层沉积的氧化铝层。例如，氧化铝层可以包括Al2O3层。
粘合层910、920可以覆盖至少一个电源模块110的上金属层114a、下金属层114b和第一模具主体113。
在该第三粘合变型中，可以沉积薄Al2O3层等粘合层910、920，例如通过原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)。粘合层910、920可以通过在蒸馏水中热炼而粗糙化，使得枝状晶体生长在该层的顶部。整个模块110可以被覆盖。该非导电层910、920还提高了电源模块模具主体113朝向第二模具主体120的粘合性。该第三变型可以与以上所描述的第一变型和第二变型组合，以便使模具主体113升级为第二模具主体120。
图10a示出了具有第二模具主体120和三个电源模块110的半导体装置200的截面图。半导体装置200可以对应于上面关于图2至图9描述的半导体装置200。
利用升级的电源模块110和升级的盖，构造和安装半导体装置200。第二模具主体120可以由围绕三个电源模块110的热塑性材料形成，从而形成载体结构、顶部和底部的冷却通道以及朝向单个入口和单个出口点的引导部。第二模具主体120在顶部和底部冷却器区域上朝向粗糙化的铝的部分重叠确保了持久和可靠的粘合，并且因此确保了电源模块110与第二模具主体120之间的接触区域的适当的隔离。
图10b示出了具有嵌入湍流结构1001和未安装的顶盖130和底板140的半导体装置200的截面图。
半导体装置200可以包括设置在至少一个电源模块110的上散热表面与顶盖板130之间的上冷却通道122a内的湍流结构1001。湍流结构1001可以夹在或卡在上金属层114a与顶盖板130之间。湍流结构1001可以包括非均匀湍流结构1201、1202，例如，如图12所示。湍流结构1001可以由可压缩材料制成。
(上)非均匀湍流结构可以设置在至少一个电源模块110的上散热表面上方的上冷却通道122a内。上非均匀湍流结构可以形成为使得冷却介质通过上冷却通道122a非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
下湍流结构可以类似于上湍流结构1001形成。即，半导体装置200可以包括设置在至少一个电源模块110的下散热表面与底盖板140之间的下冷却通道122b内的下湍流结构1001。下湍流结构可以夹在或卡在下金属层114b与底盖板140之间。下湍流结构可以包括下非均匀湍流结构。下湍流结构可以由可压缩材料制成。下非均匀湍流结构可以设置在至少一个电源模块110的下散热表面下方的下冷却通道122b内。下非均匀湍流结构可以形成为使得冷却介质通过下冷却通道122b非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
湍流结构1001可以包括根据第一几何形状设计的第一肋结构块1201和根据第二几何形状设计的第二肋结构块1202，例如，如图12所示。
图10c示出了具有嵌入湍流结构1001和安装的顶板130和底板140的半导体装置200的截面图。
图10c所示的半导体装置200是通过将顶板和盖板的粗糙化的侧朝第二模具主体120按压而生产的。通过加热顶板和盖板，第二模具主体120的热塑性塑料局部熔化，并且盖可以与第二模具主体120互锁。因此，可以实现持久和可靠的粘合，因此可以在盖与第二模具主体120之间实现适当的隔离。
在该步骤之前，湍流结构1001(例如由铝制成)可以放置在电源模块的冷却器区域上，并夹在模块的冷却器区域与盖之间。
图11a示出了具有第二模具主体120和安装的顶板130和底板140的半导体装置200的三维视图。半导体装置200可以对应于上面关于图10c描述的半导体装置200。
如以上所描述，湍流结构1001(在该外部三维视图中没有看到)(例如由铝制成)设置在电源模块110的冷却器区域上，并夹在模块的冷却器区域与盖之间。
图11b示出了半导体装置200的截面图，其中，冷却介质1100流过上冷却通道122a和下冷却通道122b以及湍流结构1001。半导体装置200可以对应于上面关于图10c描述的半导体装置200。
冷却介质1100(例如水)从入口131a经由上冷却通道122a和下冷却通道122b流到出口131b。冷却介质流被分成两个部分流，分别通过上冷却通道122a和下冷却通道122b。
如图11b所示，冷却器可以配备有一个进水口131a和一个出水口131b，冷却器内部的流动如图11b所示，其中，一半的冷却水1100可以用于冷却模块110的顶侧，一半的冷却水可以用于冷却模块110的底侧。当然，水也可以按另一个比例进行引导，例如，三分之一的水流经上冷却通道，三分之二的水流经下冷却通道，或者也可以使用水流的任何其它关系。
图12示出了冷却板1200的三维视图，冷却板1200包括具有示例性湍流结构1201、1202的金属层1210。
如以上所描述的半导体装置100、200可以包括湍流结构1200，其可以对应于上面关于图10和图11描述的湍流结构1001。湍流结构1200可以设置在至少一个电源模块110的上散热表面与顶盖板130之间的上冷却通道122a内，例如，如图10b和图10c所示。
湍流结构1200可以夹在或卡在上金属层114a与顶盖板130之间，例如，如图10c所示。
湍流结构1200可以包括非均匀湍流结构1201、1202。
湍流结构1200可以由可压缩材料制成。
(上)非均匀湍流结构1200可以设置在至少一个电源模块110的上散热表面上方的上冷却通道122a内。上非均匀湍流结构1200可以形成为使得冷却介质通过上冷却通道122a非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
下湍流结构1200可以类似于上湍流结构1200形成。即，半导体装置100可以包括设置在至少一个电源模块110的下散热表面与底盖板140之间的下冷却通道122b内的下湍流结构1200。下湍流结构1200可以夹持或卡在下金属层114b与底盖板140之间。下湍流结构可以包括下非均匀湍流结构1201、1202。下湍流结构1200可以由可压缩材料制成。下非均匀湍流结构1200可以设置在至少一个电源模块110的下散热表面下方的下冷却通道122b内。下非均匀湍流结构1200可以形成为使得冷却介质通过下冷却通道122b的非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
湍流结构1200可以包括根据第一几何形状设计的第一肋结构块1201和根据第二几何形状设计的第二肋结构块1202。例如，肋1201、1202可以是波纹状的，并形成为正方形或三角形或正弦波或任何其它几何形状。第一几何形状与第二几何形状不同。
第一块1201的肋结构和第二块1202的肋结构可以设置成行。第一块1201的行数和第二块1202的行数可以不同。
第一块1201的肋结构的长度和第二块1202的肋结构的长度可以不同。
湍流结构1200可以形成为夹在至少一个电源模块110的上散热表面与顶盖板130之间的插入件。例如，插入件可以由铝制成。
逆变器系统中的理想情况是，所有芯片都在相同的结温下运行，这确实与通过3个模块110的均匀电流相对应，反之亦然。当模块110向模块110的底部散掉它们的大部分热量，并且冷却水温度从模块到模块逐步增加时，芯片温度将从模块到模块逐步增加。
一个极好的对策是如图12所示的非均匀湍流结构1200，其影响模块与湍流结构1200的接触区域、从湍流结构1200朝向冷却水的扩散面积和冷却水的速度。
可以实现由铝制成的独立插入件的使用。插入件可以很容易地通过冲压等生产，并且可以夹在模块110的冷却器区域与盖板130、140之间。夹紧可以通过湍流结构1200的几何形状来确保，因为当盖被热压时，盖稍微下沉(或移动)到第二模具主体120中。
图13示出了具有安装在电源模块110上的湍流结构1201、1202的半导体装置200的三维视图。半导体装置200可以对应于图2至图4所示的半导体装置200，其中，湍流结构1200如上面关于图10和图11所描述放置。
非均匀湍流结构1200可以存在于冷却器区域的整个区域上，或者仅存在于下面的芯片上方。肋结构块1201、1202的几何形状对于第一电源模块110、第二电源模块110和第三电源模块110可以不同，并且对于顶部冷却器区域和底部冷却器区域也可以不同。第二模具主体120的几何形状在入口和出口上或在顶部和底部上可以是非均匀的。
图14示出了半导体装置200的三维视图，以及芯片112在整个装置中的示例性位置。
半导体装置200包括示例性数量为三的电源模块110，每个电源模块110包括示例性数量为12的半导体芯片112。
模拟已经表明，通过使用3个电源模块和每个电源模块12个芯片112的这种实现方式，即使所有芯片都在满载运行(这里每个芯片100W)，芯片到芯片的温度也可以保持在约5摄氏度的范围内。冷却器的压降可以保持在约100毫巴的范围内。
当模块内部层由烧结技术而不是焊接技术制成时，可以实现另一个优点，即在相似的功耗和冷却条件下更低的结温。
模拟表明，烧结和焊接设计通过各种芯片具有非常相似的温度非均匀性：相应地为–5.7℃至5.9℃。在模拟中，烧结设计为最高温度的芯片提供了最高芯片温度降低约12℃，从152℃降低到140℃。对于烧结设计，通过底部的热流从总热流的64％略微下降到61％。
图15示出了安装在电源模块110上以形成半导体装置200的示例性冷却板1500的三维视图。
图8所示的焊接铝层810、820可以包括湍流结构1500，如图15所示。该湍流结构1500可以包括如图15的左侧所示的非均匀湍流结构。
湍流结构1500可以包括根据第一几何形状设计的第一翅片或引脚块1501和根据第二几何形状设计的第二翅片或引脚块1502。两种几何形状可能不同，如图15所示。
湍流结构1500可以设置在形成至少一个电源模块110的上散热表面的焊接铝层810(如图8所示)上方的上冷却通道122a内。湍流结构1500可以形成为使得冷却介质通过上冷却通道122a的非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
下湍流结构1500可以类似于(上)湍流结构1500形成。即，该下湍流结构可以设置在形成至少一个电源模块110的下散热表面的焊接铝层820(图8所示)下方的下冷却通道122b内。下湍流结构1500可以形成为使得冷却介质通过下冷却通道122b非均匀流动，以将至少一个电源模块110的所有半导体芯片112的结温保持在预定的温度范围内。
要通过焊接或超声焊接连接的铝箔可以已经包括湍流结构1501、1502，如图15所示。这些结构可以以确保足够的接触区域的方式设计。这些结构可以具有如图15所示的翅片或引脚结构分布1501、1502。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实现方式中的一种进行了公开，但只要任何给定应用或特定应用需要或对任何给定应用或特定应用有利，该特征或方面就可以和其它实现方式中的一个或多个特征或方面结合。此外，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其它变形在详细说明或权利要求书中使用，这类术语和术语“包括”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性地”、“例如”仅意味着示例，而不是最好或最优的。可以使用术语“耦合”、“连接”及其同义词。应当理解的是，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
虽然本文中已说明和描述特定方面，但本领域普通技术人员应了解，多种替代和/或等效实现方式可以在不脱离本发明范围的情况下替代所示和描述的特定方面。本申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
虽然以上权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求书的阐述另有暗示用于实现部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以该特定顺序来实现。
根据以上指导，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员是显而易见的。当然，本领域技术人员容易意识到除本文所描述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已结合一个或多个特定实施例描述了本发明，但本领域技术人员认识到，在不脱离本发明范围的情况下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。
Claims (24)
1.一种半导体装置(100)，其特征在于，包括：
用于电力转换的至少一个电源模块(110)，所述至少一个电源模块包括第一模块侧(111a)和与所述第一模块侧(111a)相对的第二模块侧(111b)，其中，第一模具主体(113)设置在所述第一模块侧(111a)与所述第二模块侧(111b)之间；
至少一个半导体芯片112，嵌入所述第一模具主体(113)中；
其中，所述第一模块侧(111a)包括形成所述至少一个电源模块(110)的上散热表面的上金属层(114a)，所述第二模块侧(111b)包括形成所述至少一个电源模块(110)的下散热表面的下金属层(114b)；
第二模具主体(120)，包括第一主体侧(121a)和与所述第一主体侧(121a)相对的第二主体侧(121b)，所述第二模具主体(120)封装所述至少一个电源模块(110)，其中，上腔(122a)在所述第二模具主体(120)中在所述上金属层(114a)上方形成，以形成上冷却通道(122a)，下腔(122b)在所述第二模具主体(120)中在所述下金属层(114b)下方形成，以形成下冷却通道(122b)，
其中，所述上金属层(114a)和所述下金属层(114b)与所述第二模具主体(120)的相应接触区域(124a、124b)包括粗糙表面结构，所述粗糙表面结构使得所述相应接触区域(124a、124b)与所述第二模具主体(120)之间能够密封连接。
2.根据权利要求1所述的半导体装置(100)，其特征在于，
孔(123)在所述第二模具主体(120)中形成，其中，所述上冷却通道(122a)和所述下冷却通道(122b)流体连接，所述上冷却通道(122a)和所述下冷却通道(122b)形成为使得冷却介质能够流过所述上冷却通道(122a)和所述下冷却通道(122b)。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置(100)，其特征在于，包括：
顶盖板(130)，覆盖所述第二模具主体(120)的所述第一主体侧(121a)和所述上腔(122a)；
底盖板(140)，覆盖所述第二模具主体(120)的所述第二主体侧(121b)和所述下腔(122b)。
4.根据权利要求3所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述顶盖板(130)包括冷却介质入口(131a)和冷却介质出口(131b)，所述冷却介质入口(131a)和所述冷却介质出口(131b)用于使冷却介质能够流过所述上冷却通道(122a)和所述下冷却通道(122b)。
5.根据权利要求3或4所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述顶盖板(130)和所述底盖板(140)与所述第二模具主体(130)的相应接触区域(125a、125b)包括具有粗糙表面结构的金属化物，所述粗糙表面结构使得所述相应接触区域(125a、125b)与所述第二模具主体(120)之间能够密封连接。
6.根据权利要求5所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述顶盖板(130)和所述底盖板(140)的所述相应接触区域(125a、125b)的所述金属化物包括铝金属化物。
7.根据上述权利要求中任一项所述的半导体装置(100)，其特征在于，所述至少一个电源模块(110)包括：
多层上衬底(115)，包括形成所述上金属层(114a)的铝表面；和/或
多层下衬底(116)，包括形成所述下金属层(114b)的铝表面。
8.根据权利要求7所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述多层上衬底(115)和/或所述多层下衬底(115)包括形成所述铝表面的铝层(115a)与铜或铝层(115c)之间的陶瓷层(115b)。
9.根据权利要求7所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述多层上衬底包括上铜层(815a)与下铜层(815c)之间的陶瓷层(815b)，
焊接铝层(810)放置在所述上铜层(815a)上，所述焊接铝层形成所述上金属层(114a)的所述铝表面。
10.根据上述权利要求中任一项所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述上金属层(114a)和/或所述下金属层(114b)被粘合层(910、920)覆盖。
11.根据权利要求10所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述粘合层(910、920)包括原子层沉积的氧化铝层。
12.根据权利要求10或11所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述粘合层(910、920)覆盖所述至少一个电源模块(110)的所述上金属层(114a)、所述下金属层(114b)和所述第一模具主体(113)。
13.根据权利要求3至6中任一项所述的半导体装置(100)，其特征在于，包括：
湍流结构(1001、1200)，设置在所述至少一个电源模块(110)的所述上散热表面与所述顶盖板(130)之间的所述上冷却通道(122a)内。
14.根据权利要求13所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述湍流结构(1001、1200)夹在或卡在所述上金属层(114a)与所述顶盖板(130)之间。
15.根据权利要求13或14所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述湍流结构(1001、1200)包括非均匀湍流结构。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述湍流结构(1001、1200)由可压缩材料制成。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述湍流结构(1001、1200)包括根据第一几何形状设计的第一肋结构块(1201)和根据第二几何形状设计的第二肋结构块(1202)。
18.根据权利要求17所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述第一块(1201)的所述肋结构和所述第二块(1202)的所述肋结构设置成行，其中，所述第一块和所述第二块的行数不同。
19.根据权利要求17或18所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述第一块(1201)的所述肋结构的长度和所述第二块(1202)的所述肋结构的长度是不同的。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述湍流结构(1001、1200)形成为夹在所述至少一个电源模块(110)的所述上散热表面与所述顶盖板(130)之间的插入件。
21.根据权利要求20所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述插入件由铝制成。
22.根据权利要求9所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述焊接铝层包括湍流结构。
23.根据权利要求22所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述湍流结构包括非均匀湍流结构。
24.根据权利要求22或23所述的半导体装置(100)，其特征在于，
所述湍流结构包括根据第一几何形状设计的第一翅片或引脚块和根据第二几何形状设计的第二翅片或引脚块。
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