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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein zweiseitig kühlendes Halbleitermodul.
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Ein
Halbleiterleistungsverstärker,
welcher in einer Umkehrschaltung zum Ansteuern eines Fahrzeugmotors
verwendet wird, ist als Leistungsverstärkerbaustein erhältlich.
In diesem Leistungsverstärkerbaustein
ist ein Gussharz integriert, in dem ein Leistungsverstärker zwischen
Wärmesenken
von abstrahlenden Elementen angeordnet ist. Der Leistungsverstärker weist
einen Bipolartransistor mit integriertem Gate (IGBT) auf, welcher
als typischer Leistungsverstärker
gilt. Das Leistungsteil des IGBTs ist zwischen den Wärmesenken
angeordnet, während ein
Emitter oder ein Kollektor des Leistungsverstärkers unter Verwendung von
Lot direkt oder über
ein Zwischenstück
mit der Wärmesenke
verbunden ist. Hierbei arbeitet die Wärmesenke als Pfad für einen hohen
Strom.
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Der
obige Leistungsverstärkerbaustein
ist in einer in der Praxis umgesetzten Anwendung als Halbleitermodul
vorgesehen, welches einen Kühler aufweist,
der mit dem Leistungsverstärkerbaustein über ein
dünnes
isolierendes Element verbunden ist. Die
JP-A-2001-352023 (USP-6542365)
offenbart beispielsweise einen Aufbau, bei dem ein Leistungsverstärkerbaustein
zwischen einem aus einer Aluminiumlegierung gebildeten, als Kühler dienenden Kühlrohrpaar
angeordnet ist.
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Hierbei
weist ein Modul, welches durch die Montage eines Leistungsverstärkerbausteins
und eines Kühlers
gebildet wird, mitunter einen unzureichenden Kontaktie rungsgrad
zwischen Wärmesenken
des Leistungsverstärkerbausteins
und dem Kühler
auf, was eine Kühlleistung
bezüglich
des Leistungsverstärkers
nachteilig verringert. Dies resultiert aus Änderungen eines Parallelitätsgrads
beider Wärmesenken,
Flachheit des Kühlers
oder Dicke eines eingefügten
isolierenden Elements.
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Eine
Maßgenauigkeit
der Komponenten oder eine Montagegenauigkeit kann zu einem Niveau
von ± 0,1
mm verbessert werden. Ein um einem Faktor 10 reduziertes Niveau
von ± 0,01
mm ist jedoch außergewöhnlich schwierig
zu erreichen. Es wird deshalb vorzugsweise eine Methode benötigt, welche
sich von der Erhöhung
der Maß-
oder Montagegenauigkeit unterscheidet.
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Genauer
gesagt offenbart das Patent, auf das oben Bezug genommen wurde,
eine Methode zum Verbessern des Kontaktierungsgrads zwischen der
Wärmesenke
und dem Kühler.
Bei dieser Methode wird ein dünn
verarbeitetes Weichmetallelement, zusätzlich zu einem isolierenden
Element, zwischen die Wärmesenke
und den Kühler
eingefügt,
um eine Ungleichförmigkeit
der Kontaktoberflächen
zu kompensieren. Es ist jedoch eine Methode erforderlich, die derart
weiter verbessert ist, dass der eine hohe Leistungsabgabe aufweisende
Leistungsverstärker stark
und sicher gekühlt
wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zweiseitig kühlendes
Halbleitermodul vorzusehen, welches einen derartigen Aufbau aufweist, dass
der Halbleiterchip angemessen gekühlt wird.
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Um
die obige Aufgabe zu erzielen, ist ein zweiseitig kühlendes
Halbleitermodul, welches einen Halbleiterbaustein aufweist, der
Wärme von
seiner oberen und seiner unteren Oberflächen abstrahlt, mit dem Folgenden
vorgese hen. Es sind ein erster und ein zweiter ein Kühlmittel
aufweisender Kühler
vorgesehen, welche den Halbleiterbaustein zwischen sich anordnen.
Es ist eine Einklemmeinrichtung vorgesehen, welche bewirkt, dass
die zwei Kühler
den Halbleiterbaustein fest zwischen sich einklemmen. Wenigstens
einer der zwei Kühler
weist ein verformbares Element auf. Das verformbare Element weist
eine erste dem Kühlmittel
gegenüberliegende
Oberfläche und
eine zweite dem Halbleiterbaustein gegenüberliegende Oberfläche auf.
Das verformbare Element ist derart verformbar, dass es in eine Kühlmittelrichtung
oder in eine Halbleiterbausteinrichtung gebogen wird.
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Dieser
Aufbau kann leichte Maßabweichungen
von ausgelegten Dimensionierungen kompensieren, wie zum Beispiel
Maßtoleranzen
eines in der Praxis umgesetzten Halbleiterbausteins oder eines in der
Praxis umgesetzten Kühlers,
was zu einer Verringerung des Wärmewiderstands
führt.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
mehr ersichtlich, welche unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
gemacht wird. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine Schnittansicht eines
schematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Perspektivansicht,
welche ein Montageverfahren eines Kühlkörpers gemäß der ersten Ausführungsform
veranschaulicht;
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3 eine Schnittansicht eines
schematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einer
Modifikation der ersten Ausführungsform;
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4 eine Schnittansicht eines
schematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Schnittansicht eines
Kühlers
gemäß der zweiten
Ausführungsform;
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6 eine Perspektivansicht
eines ein Stützelement
aufweisenden Kühlkörperelements
gemäß einer
Modifikation der zweiten Ausführungsform;
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7 eine Schnittansicht eines
Kühlers
gemäß einer
Modifikation der zweiten Ausführungsform;
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8 eine Schnittansicht eines
schematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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9 eine Schnittansicht eines
schematischen Aufbaus eines zweiseitig kühlenden Halbleitermoduls gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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(Erste Ausführungsform)
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein zweiseitig kühlendes Halbleitermodul. Unter
Bezugnahme auf 1 wird
ein zweiseitig kühlendes
Halbleitermodul 100 gemäß einer
ersten Ausführungsform beschrieben.
Bei dem Modul ist ein flacher Halbleiterbaustein 1 zwischen
einem ortsfesten Kühler 2 und einem
verformbaren Kühler 3 angeordnet.
Zwischen dem Halbleiterbaustein 1 und beiden der Kühler 2, 3 ist
ein schichtartiges, isolierendes Element 17, 18 eingefügt. Ferner
weist das Halbleitermodul 100 eine Einklemmeinrichtung 20 auf,
die bewirkt, dass die Kühler 2, 3 den
Halbleiterbaustein 1 fest zwischen sich einklemmen.
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Eine
relative die Lage betreffende Beziehung des Halbleiterbausteins
ist bezüglich
des ortsfesten Kühlers 2 ortsfest
aber bezüglich
des verformbaren Kühlers 3 ver änderlich.
Befestigungsjustierungsschrauben 201, 202 der
Einklemmeinrichtung 20 ermöglichen es, dass sich ein Anpressrahmen 203 einem
Kühlkörper 32 des
verformbaren Kühlers 3 nähert. Folglich
wird der Halbleiterbaustein 1 über den ortsfesten Kühler 2 gepresst,
während
das verformbare Element 31 leicht verformt wird. Dies verbessert einen
Kontaktierungsgrad zwischen dem Halbleiterbaustein 1 und
dem verformbaren Element 31 über das isolierende Element 17.
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Der
Halbleiterbaustein 1 weist einen Halbleiterchip 10 und
abstrahlende Elemente (Wärmesenken) 12, 14 auf,
zwischen denen der Halbleiterchip 10 angeordnet (zwischengeschichtet)
ist. Diese Elemente 12, 14, 10 sind alle
in einem Gussharzelement 16 integriert. Der Halbleiterbaustein 1 bildet
beispielsweise einen Teil einer Dreiphasenumkehrschaltung eines
bürstenlosen
Motors. Der Halbleiterchip 10 weist beispielsweise einen
IGBT (Bipolartransistor mit integriertem Gate) oder einen Leistungs-MOSFET
auf. Der mit einer induktiven Last wie zum Beispiel einem Motor
verbundene IGBT ist parallel mit einer Rückspeisefreilaufdiode verbunden
(nicht in 1 gezeigt).
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Der
Halbleiterchip 10 weist eine dünne Plattenform auf. Ferner
weist er ein offenes Gate und einen offenen Emitter (oder Source)
an seiner Oberfläche
auf. Ferner weist er einen Kollektor (oder Drain) an einer gegenüberliegenden
Oberfläche
auf. Der Halbleiterchip 10 ist beispielsweise unter Verwendung
von Lotverbindungselementen jeweils direkt oder über ein Zwischenstück 13 elektrisch
mit den Wärmesenken
verbunden. Der Emitter und der Kollektor des Halbleiterchips 10 sind
dadurch jeweils elektrisch mit den Wärmesenken 12, 14 verbunden. Zusätzlich weist
der Halbleiterchip 10 ein offenes Gate an der Oberfläche auf,
an der der Emitter offenliegt. Das Gate ist ferner elektrisch mit
einem Anschlussdraht (nicht gezeigt) für Steuersignale verbunden,
welcher äußerlich
von dem verkapselten Harzelement 16 aus hervorragt.
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Jede
der Wärmesenken 12, 14,
welche eine flache oder eine Plattenform aufweist, weist eine wärmeaufnehmende
Oberfläche
auf, welche dem Halbleiterchip 10 und einer gegenüberliegenden
abstrahlenden Oberfläche
gegenüberliegt,
welche beide derart angeordnet sind, dass sie im Wesentlichen parallel
zueinander sind. Die Wärmesenken 12, 14 sind derart
angeordnet, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander sind. Jede
der Wärmesenken 12, 14 ist vorteilhafterweise
aus einem reinen Metall gebildet, welches aus einer Gruppe aus Cu,
W, Mo und Al oder einer Legierung ausgewählt wird, wobei die Legierung
hauptsächlich
die Metallen aufweist, die angesichts eines Faktors bezüglich der
Wärmeleitfähigkeit und
der elektrischen Leitfähigkeit
ausgewählt
sind.
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Ferner
wird das Gussharzelement 16 derart gebildet, dass es die
Umfangsfläche
des Halbleiterchips 10 bedeckt oder beschichtet und den
durch die Wärmesenken 12, 14 gebildeten
Zwischenraum füllt. Das
Gussharzelement 16 ist zum Beispiel aus Epoxidharz gebildet.
In den Wärmesenken 12, 14 sind
jeweils für
einen hohen Strom ausgelegte Anschlussdrähte 120, 140 integriert,
welche äußerlich
von dem verkapselte Harzelement 16 aus hervorragen (s.
z.B. 8, nachstehend
erläutert).
In 8 sind die Anschlussdrähte 120, 140 derart
angeordnet, dass sie sich rechtwinklig zur Figurenoberfläche erstrecken.
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Der
ortsfeste Kühler 2 ist
ein Kühlmittelrohr, welches
eine flache Form aufweist und durch Formen eines leicht formbaren
Metalls wie zum Beispiel Aluminiumoxid und Aluminiumoxidlegierung
gebildet wird. Der ortsfeste Kühler 2 weist
wenigstens einen Kühlmittelpfad 2a auf, durch
welchen ein Kühlmittel wie
zum Beispiel Wasser mittels einer Kühlkreislaufvorrichtung (nicht
gezeigt) zirkuliert wird. Der ortsfeste Kühler 2 weist ferner
eine flache wärmeaufnehmende
Oberfläche 2p und
eine flache gepresste Oberfläche 2q auf,
die der wärmeaufnehmenden Oberfläche 2p über den
Kühlmittelpfad 2a gegenüberliegt.
Die wärmeaufnehmende
Oberfläche 2p liegt dem
Halbleiterbaustein 1 über
das isolierende Element 18 äußerlich gegenüber, während die
gepresste Oberfläche 2q in
Kontakt mit einem Pressrahmen 203 ist.
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Der
verformbare Kühler 3 weist
einen eine Kühlmittelkammer 3a bildenden
Kühlkörper 32 und ein
verformbares Element 31 auf, dessen Rand an dem Kühlkörper 32 befestigt
ist. Durch die Kühlmittelkammer 3a des
verformbaren Kühlers 3 zirkuliert
ein Kühlmittel
wie zum Beispiel Wasser, welches dem des ortsfesten Kühlers 2 gleicht.
Das verformbare Element 31 weist eine erste Oberfläche auf,
welche dem Kühlmittel
gegenüberliegt
und die Kühlmittelkammer 3a abdichtet.
Ferner weist das verformbare Element 31 eine zweite gegenüberliegende
Oberfläche
auf, welche dem Halbleiterbaustein 1 über das isolierende Element 17 gegenüberliegt.
Die Maße der
Oberflächen
(wärmeaufnehmende
Oberflächen) des
verformbaren Elements 31 sind derart ausgelegt, dass sie
viel größer als
die der abstrahlenden Oberflächen
(obere und untere Oberfläche)
des Halbleiterbausteins 1 sind.
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Das
verformbare Element 31 kann aus einer oder einer Vielzahl
von Schichten dünner
Metallplatten gebildet sein. Das verformbare Element 31 ist vorzugsweise
mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit
und einer adäquaten
Flexibilität
versehen. Genauer gesagt kann es aus einem Material wie zum Beispiel
Kupfer, Kupferlegierung, Aluminiumoxid, Aluminiumoxidlegierung oder
Edelstahl gebildet sein.
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In
dieser ersten Ausführungsform
kann der Kühlkörper 32 aus
einem Metalllaminat gebildet sein, das durch Stapelung von dünnen Platten
gebildet wird, wobei Material (Kupfer, Kupferlegierung, Aluminiumoxid,
Aluminiumoxidlegierung oder Edelstahl) verwendet wird, welches gleich
oder verschieden von dem des verformbaren Elements ist. Dies ermöglicht eine
wünschenswerte
Wärmeleitfähigkeit.
Im Einzelnen wird der Kühlkörper 32,
wie in 2 gezeigt, gebildet,
wobei verwendet werden: eine dünne
Metallplatte 321, welche einen Boden bildet, dünne Metallplatten 320,
welche die Seiten der Kühlmittelkammer 3a bilden
und eine Metallplatte des verformbaren Elements 31 als
Abdeckung der Kühlmittelkammer 3a; sämtliche
der dünnen
Metallplatten 321, 320, 31 sind gestapelt
und unter Verwendung eines Verbindungselements wie zum Beispiel
einem Hartlotelement verbunden. Wie bei dem ortsfesten Kühler 2,
wird hierbei ein Kühlmittel
wie zum Beispiel Wasser mittels einer Kühlkreislaufvorrichtung durch
die Kühlmittelkammer 3a zirkuliert.
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Wie
in 1 gezeigt, weist
die Einklemmeinrichtung 20, die bewirkt, dass die Kühler 2, 3 den Halbleiterbaustein 1 fest
zwischen sich einklemmen, einen aus Metall gebildeten Anpressrahmen 203 und Justierungsschrauben 201, 202 auf.
Der Anpressrahmen 203 ist zum Bedecken des ortsfesten Kühlers 2 angeordnet
und weist konvexe Abschnitte 211 auf, welche derart der
gepressten Oberfläche 2q des
ortsfesten Kühlers
gegenüberliegen,
dass die Effektivität bezüglich des
Pressens der gepressten Oberfläche 2q erhöht wird.
Die Justierungsschrauben 201, 202 schrauben sich
derart in Befestigungslöcher,
welche in dem Kühlkörper 32 des
verformbaren Kühlers 3 gebildet
sind, dass der Anpressrahmen 203 an dem Kühlkörper 32 befestigt
wird. Es kann ein Dichtungsring oder ein Federring bezüglich einer
festen Befestigung verwendet werden.
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Das
Befestigen der Justierungsschrauben 201 und 202 bewirkt,
dass der Anpressrahmen 203 sich dem Kühlkörper 32 des verformbaren
Kühlers 3 nähert. Gleichzeitig
pressen die konvexen Abschnitte 211 die gepresste Oberfläche 2q des
ortsfesten Kühlers 2.
Dadurch wird der Halbleiterbaustein 1 derart über den
ortsfesten Kühler 2 gepresst,
dass das die dünne
Metallplatte aufweisende verformbare Element 31 sehr leicht
bezüglich
einer elastischen oder plastischen Verformung verformt wird. Dies
kompensiert notwendigerweise eine Fehlausrichtung der ausgelegten
Dimensionierungen bezüglich
eines Parallelitätsgrads
der Wärmesenken 12 und 14,
einer Flachheit des ortsfesten Kühlers 2 oder
einer Dicke der eingefügten
isolierenden Elemente 17 und 18. Dadurch werden
schwer Spalte erzeugt und ein Wärmewiderstand
kann verringert werden. Der Anpressdruck oder die Kraft mit welcher
der Anpressrahmen 203 den ortsfesten Kühler 2 versieht, wird
gemäß einem
Befestigungsgrad der Justierungsschrauben 201, 202 geändert. Es
ist ein Änderungsgrad
des verformbaren Elements 31 innerhalb eines zulässigen Limits
justierbar.
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Die
Maßtoleranz
des Halbleiterbausteins oder des Kühlers ist circa ± 100 μm. Um diese
Maßtoleranz
zu kompensieren, kann der Änderungsgrad des
verformbaren Elements auf einen kleinen Wert begrenzt werden. Ferner
kann das aus einer dünnen Metallplatte
gebildete verformbare Element 31 eine alterungsbedingte Änderung
(Abnahme) des Anpressdrucks begrenzen.
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Wie
in 3 gezeigt, kann ferner
ein Metallzwischenstück 34 als
Element integriert in oder getrennt von dem verformbaren Element 31 angeordnet werden.
Eine Erhöhung
des Bodens unter Verwendung des Metallzwischenstücks ermöglicht es hierbei, dass die
für hohen
Strom ausgelegten Anschlussdrähten 120, 140 leicht
installiert werden können
(s. 5). Zusätzlich kann
das Metallzwischenstück 34 derart
an dem Halbleiterbaustein 1 befestigt werden, dass das
Halbleitermodul 100 leicht montiert werden kann.
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(Zweite Ausführungsform)
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4 zeigt ein zweiseitig kühlendes
Halbleitermodul 101 einer zweiten Ausführungsform und 5 einen verformbaren Kühler 40 des
Moduls 101. Dieses Halbleitermodul 101 gleicht
dem Halbleitermodul 100 der ersten Ausführungsform, so dass eine Beschreibung
bezüglich
gemeinsamer Teile nachstehend entfällt.
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Wie
in 5 gezeigt, weist
ein Kühlkörper 41 des
verformbaren Kühlers 40 einen
derartigen Rahmenaufbau auf, dass eine Kühlmittelkammer 40a mit einem
ersten verformbaren Element 43 und einem zweiten verformbaren
Element 44 verschossen wird. Ähnlich dem in 1 gezeigten verformbaren Element 31,
sind das erste und das zweite verformbare Element 43, 44 aus
beispielsweise dünnen
Metallplatten gebildet. Der Rand des ersten und zweiten verformbaren
Elements 43, 44 ist an dem Kühlkörper 41 befestigt.
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Das
erste verformbare Element 43 weist eine Oberfläche auf,
welche einem Kühlmittel
gegenüberliegt
und eine gegenüberliegende
Oberfläche
auf, welche eine wärmeaufnehmende
Oberfläche
ist. Das zweite verformbare Element 44 liegt dem ersten
verformbaren Element 43 über eine Kühlmittelkammer 40a gegenüber und
weist ein Stützelement 42 auf, das
innerhalb der Kühlmittelkammer 40a in
Richtung des ersten verformbaren Elements 43 hervorragt. Das
Stützelement 42 kann
ein Metallblock sein, welcher auf einer Oberfläche des zweiten verformbaren dem
Kühlmittel
gegenüberliegenden
Elements 44 angeordnet ist; andern falls kann ein Metalllaminat
vorgesehen sein, welches durch eine dünne Metallplatte 410 (s. 6) gebildetes wird, die
ein nicht durchdringendes Teil 420 zum Bilden des Stützelements 42 aufweist.
Und zwar wird die dünne
Metallplatte 410 gebildet, indem ein derartiges Loch hinein
gebohrt wird, dass das nicht durchdringende Teil 420 zurückbleibt;
Ferner werden, wie in 2 gezeigt, die
dünnen
die dünne
Metallplatte 410 aufweisenden Metallplatten zum Bilden
eines Kühlkörpers 41 aufgestapelt.
Dies ermöglicht
eine Bildung des mit dem Stützelement 42 integrierten
Kühlkörpers 41.
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Wie
in 4 gezeigt, weist
das Halbleitermodul 101 den oben erwähnten verformbaren Kühler 40,
einen Halbleiterbaustein 1, einen ortsfesten Kühler 2 und
eine erste und eine zweite Einklemmeinrichtung 20, 48 auf.
Die erste Einklemmeinrichtung 20 ist vorstehend bezüglich der
ersten Ausführungsform beschrieben
worden. Die zweite Einklemmeinrichtung 48 weist eine relative
die Lage betreffende ortsfeste Beziehung bezüglich des Kühlkörpers 41 auf. Im Einzelnen
weist die Einklemmeinrichtung 48 ein aus Metall gebildetes
Basiselement 46 auf, an dem der Kühlkörper 41 befestigt
ist und eine Justierungsschraube 47 auf, welche in dem
Basiselement 46 vorgesehen ist.
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Das
Basiselement 46 weist ein Befestigungsloch auf, in dem
die Justierungsschraube 47 befestigt ist; die Justierungsschraube 47 ist
derart beweglich, dass sie sich dem zweiten verformbaren Element 44 nähern oder
sich von dem zweiten verformbaren Element 44 entfernen
kann. Und zwar bewirkt ein Befestigen der Justierungsschraube 47, dass
ihre Spitze in Kontakt mit dem zweiten verformbaren Element 44 kommt.
Ferner bewirkt eine Erhöhung
des Befestigungsgrads der Schraube 47, dass sich das Stützelement 42 dem
ersten verformbaren Element 43 nähert. Das Stützelement 42 presst
oder stützt
dabei das erste verformbare Element 43 von einer Innenseite
der Kühlmittelkammer 40a aus.
Folglich wird der Halbleiterbaustein 1 zwischen den beiden
Kühlern 2, 40 eingeklemmt.
Eine leichte Verformung des ersten verformbaren Elements 43 kann derart
die Maßtoleranz
der Komponenten aufnehmen, dass die Spalten zwischen den Komponenten verringert
werden und der Wärmewiderstand
niedergehalten wird.
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Ferner
wird gemäß einem
Befestigungsgrad der das Stützelement 42 pressenden
Justierungsschraube 47 ein Bewegungsgrad des Stützelements 42 in
Richtung des ersten verformbaren Elements 43 geändert; dann
wird gemäß dem Bewegungsgrad des
das erste verformbare Element 43 pressenden Stützelements 42 ein Änderungsgrad
des ersten verformbaren Elements 43 in Richtung des Halbleiterbausteins 1 geändert. Folglich
kann eine leichte Justierung der Justierungsschraube 47 eine
gewaltsame Anpressung oder einen Mangel an Anpressdruck bezüglich des
Halbleiterbausteins 1 verhindern. Dadurch kann eine Beschädigung des
Halbleiterbausteins 1 auf Grund eines gewaltsamen Drucks
verhindern. Nachdem der Halbleiterbaustein 1 zwischen den
Kühlern 2, 40 angeordnet
worden ist, kann dann ferner die Einklemmeinrichtung 48 den
Halbleiterbaustein 1 fest einklemmen und die Leichtigkeit
bezüglich
einer Montage des Halbleitermoduls 101 verbessern.
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Hierbei
funktionieren der Anpressrahmen 203 und die Justierungsschrauben 201, 202 ebenso als
eine Befestigungseinrichtung, die die relative die Lage betreffende
Beziehung zwischen dem Kühlkörper 41 des
verformbaren Kühlers 40 und
dem ortsfesten Kühler 2 festlegen.
Wie in der ersten Ausführungsform
beschrieben, können
die Justierungsschrauben 201 und 202 derart befestigend
betätigt werden,
dass der Halbleiterbaustein 1 durch sowohl die oberen als
auch die unteren Oberflächen
fest eingeklemmt werden kann.
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Wie
in 7 gezeigt, kann ferner
ein verformbarer Kühler 50 angeordnet
werden, der zu einer Innenseite der Kühlmittelkammer 50a hervorragende Kühlrippen 53 aufweist.
Eine Anordnung dieses Kühlers 50 kann
ein Halbleitermodul vorsehen, das den Halbleiterbaustein 1 sicher
kühlt.
Die Kühlrippen 53 können eine
Form aufweisen, welche zum Beispiel Konkavität- und Konvexitätszyklen
aufweist, die eine größere Ausdehnung
bezüglich
eines Kontakts mit dem Kühlmittel
als die flache Form aufweisen. Die Kühlrippen 53 können derart
angeordnet sein, dass sie an dem ersten verformbaren Element 52 befestigt sind,
an dem der Halbleiterbaustein 1 befestigt ist. Hierbei
kann das zweite verformbare Element 55 derart angeordnet
sein, dass es dem ersten verformbaren Element 52 über die
Kühlmittelkammer 50a gegenüberliegt;
ferner ist an dem zweite verformbaren Element 55 das Stützelement 54 befestigt,
welches innerhalb der Kühlmittelkammer 50a in
Richtung des ersten verformbaren Elements 52 hervorragt.
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(Dritte Ausführungsform)
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8 zeigt ein zweiseitig kühlendes
Halbleitermodul 102 einer dritten Ausführungsform. Dieses Halbleitermodul 102 weist
einen Halbleiterbaustein 1, einen ortsfesten Kühler 60,
einen verformbaren Kühler 40,
welcher dem Kühler 40 aus 4 entspricht, und eine Einklemmeinrichtung 48 auf.
Diese Einklemmeinrichtung weist ein Basiselement 46 auf. Das
Basiselement 46 und der ortsfeste Kühler 60 sind derart
durch ein verbindendes Element 61 verbunden, dass eine
relative die Lage betreffende Beziehung dazwischen ortsfest ist.
In diesem Halbleitermodul 102 bewirkt ein angemessenes
Befestigen einer Justierungsschraube 47, dass der Halbleiterbaustein 1 fest
zwischen dem verformbaren Kühler 40 und
dem ortsfesten Kühler 60 eingeklemmt
wird. Deshalb weist diese Ausführungs form
im Wesentlichen den gleichen Effekt wie die zweite Ausführungsform
auf.
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Das
Verbindungselement 61 ist ein Metallelement, in dem der
ortsfeste Kühler 60 integriert
ist oder von dem der ortsfesten Kühler 60 separat angeordnet
ist. Der ortsfeste Kühler 60,
welcher eine flache Form aufweist, weist einen oder eine Vielzahl von
Kühlpfaden 60a auf.
Das Verbindungselement 61 ist derart verbunden, dass es
an seinem einen Ende an dem Basiselement 46 befestigt und
an seinem anderen Ende an einem Abschnitt des ortsfesten Kühlers 60 befestigt
ist, und zwar an dem Abschnitt, der keinen Kühlpfad 60a aufweist.
Das Basiselement 46 ist an dem Kühlkörper 41 des verformbaren
Kühlers 40 befestigt.
Wie in 8 gezeigt, führt dies
dazu, dass der ortsfeste Kühler 60,
das Verbindungselement 61 und das Basiselement 46 derart
montiert sind, dass sie einen u-förmigen Querschnitt aufweisen,
innerhalb welchem der Halbleiterbaustein 1 und der verformbare
Kühler 40 angeordnet
sind. Folglich legt das Verbindungselement 61 präzise eine
relative die Lage betreffende Beziehung zwischen dem ortsfesten
Kühler 60 und
dem Kühlkörper 41 des
verformbaren Kühlers 40 fest.
Die Einklemmkraft zum Einklemmen des Halbleiterbausteins 1 wird
durch die Einklemmeinrichtung 48 und das verformbare Element 43, 44 gesteuert.
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Wie
in 8 gezeigt, erstrecken
sich ferner die für
einen hohen Strom ausgelegten Anschlussdrähte 120 und 140 äußerlich
parallel einer Oberflächenrichtung
des Halbleiterbausteins 1.
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(Vierte Ausführungsform)
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9 zeigt ein zweiseitig kühlendes
Halbleitermodul 103 einer vierten Ausführungsform. Dieses Halbleitermodul 103 ist
derart aufgebaut, dass ein Halbleiterbaustein 1 zwischen
einem Paar zweier verformbarer Kühler
angeordnet ist. Ferner ist dieses Paar zweier verformbarer Kühler, wie
in 9 gezeigt, als ein
einen u-förmigen
Querschnitt aufweisender Kühler 80 integriert.
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Dieser
Kühler 80 weist
einen Kühlkörper 81, verformbare
Elemente 76, 78, 84, deren Ränder an dem
Kühlkörper 81 befestigt
sind und eine Einklemmeinrichtung 72, 75 auf,
welche an der oberen und der unteren Seite des Kühlers 80 angeordnet
ist. Hierbei werden die verformbaren Elemente 76, 78, 84 als
Abdeckung für
eine Kühlmittelkammer 80a verwendet. Die
verformbaren Elemente 76, 78, 84 sind
aus dünnen
Metallplatten gebildet, ähnlich
wie die der obigen Ausführungsformen.
Hierbei wird das verformbare Element 84, welches Wärme von
dem Halbleiterbaustein 1 absorbiert, vorab derart gebildet,
dass es einen u-förmigen
Querschnitt aufweist. Die Kühlmittelkammer 80a ist
dabei derart gebildet, dass sie den Halbleiterbaustein 1 umhüllt und
die obere Seite des Halbleiterbausteins 1 mit der unteren
Seite des Halbleiterbausteins 1 fluid verbindet. Der Kühler 80 ist
bezüglich
des Halbleiterbausteins 1 an dessen oberer und unterer
Seite annähernd
symmetrisch.
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Der
Halbleiterbaustein 1 ist innerhalb des verformbaren Elements 84 angeordnet,
welches die Wärme über ein
isolierendes Element 17, 18 und Zwischenstücken 34, 35 absorbiert.
Die Einklemmeinrichtung 72, 75 weist jeweils Basiselemente 70, 73 und
Justierungsschrauben 71, 74 auf. Eine Steuerung
der Befestigungsgrade der Justierungsschrauben 71, 74 führt zu einer
Steuerung von Bewegungsgraden von Stützelementen 77, 79,
was zu einer Steuerung von Änderungsgraden
der verformbaren Elemente 76, 78, 84 führt. Ruf
diese Weise wird der Halbleiterbaustein 1 innerhalb des
u-förmigen
Zwischenraums gehalten.
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(weitere Ausführungsformen)
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In
den obigen Ausführungsformen
kann die Einklemmeinrichtung einen Druck eines Kühlmittels verwenden, das durch
die Kühler
zirkuliert wird.
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Die
obigen Ausführungsformen
können
derart miteinander kombiniert werden, dass sie effektiv sind. Ferner
kann eine Beschreibung einer Ausführungsform ebenso für eine weitere
Ausführungsform verwendet
werden.
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Es
wird Fachleuten ersichtlich sein, dass es in den oben beschriebenen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung möglich
ist, eine Vielzahl von Änderungen
vorzusehen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung bestimmt
sich jedoch aus den nachfolgenden Ansprüchen.
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Vorstehend
wurde ein Halbleitermodul offenbart.
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Es
wird ein Halbleitermodul 100 geschaffen, welches einen
ortsfesten Kühler 2,
einen verformbaren Kühler 3 und
einen flachen Halbleiterbaustein 1 aufweist, wobei der
flache Halbleiterbaustein zwischen den Kühlern angeordnet ist. Eine
relative die Lage betreffende Beziehung des Halbleiterbausteins ist
bezüglich
des ortsfesten Kühlers
ortsfest aber bezüglich
des verformbaren Kühlers
veränderlich.
Der verformbare Kühler
weist ein verformbares Element 31 aus einer dünnen Metallplatte
auf, welches eine Kühlmittelkammer 3a bedeckt.
Das Halbleitermodul weist eine Einklemmeinrichtung 20 auf,
die bewirkt, dass der ortsfeste Kühler in Richtung des verformbaren
Kühlers
gepresst wird. Befestigungsjustierungsschrauben 201, 202 der
Einklemmeinrichtung bewirken, dass sich ein Anpressrahmen 203 einem
Kühlkörper 32 des
verformbaren Kühlers
nähert.
Deshalb wird der Halbleiterbaustein über den ortsfesten Kühler gepresst
und das verformbare Element leicht verformt. Dies erhöht einen
Kontaktierungsgrad zwischen dem Halbleiterbaustein und dem verformbaren Element über ein
isolierendes Element 17.