DE102013109592B3 - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
DE102013109592B3
DE102013109592B3 DE102013109592.5A DE102013109592A DE102013109592B3 DE 102013109592 B3 DE102013109592 B3 DE 102013109592B3 DE 102013109592 A DE102013109592 A DE 102013109592A DE 102013109592 B3 DE102013109592 B3 DE 102013109592B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling plate
power semiconductor
heat sink
semiconductor device
pressure
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.)
Active
Application number
DE102013109592.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Ulrich Sagebaum
Markus Knebel
Florian Wagner
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.)
Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Original Assignee
Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
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 Semikron GmbH and Co KG, Semikron Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Semikron GmbH and Co KG
Priority to DE102013109592.5A priority Critical patent/DE102013109592B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102013109592B3 publication Critical patent/DE102013109592B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • 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
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitermodul und einem Kühlkörper, wobei das Leistungshalbleitermodul Leistungshalbleiterbauelemente, die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen angeordnet sind, aufweist, wobei das Leistungshalbleitermodul eine Kühlplatte aufweist, wobei der Kühlkörper eine Öffnung aufweist, wobei die Kühlplatte im Bereich der Öffnung angeordnet ist, wobei an einer den Leistungshalbleiterbauelementen abgewandten Seitenfläche der Kühlplatte, ein um einen Randbereich der Kühlplatte umlaufendes elastisches Dichtelement angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung eine Druckeinrichtung aufweist, die die Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers derart drückt, dass das Dichtelement die Kühlplatte gegen den Kühlkörper flüssigkeitsdicht abdichtet, wobei die Druckeinrichtung eine Ausdehnung der Kühlplatte in Gegenrichtung zur Richtung in der die Druckeinrichtung drückt zulässt, wobei die Druckeinrichtung ein Presselement und ein elastisches Druckelement aufweist, wobei das Druckelement zwischen dem Presselement und einer den Leistungshalbleiterbauelementen zugewandten Seitenfläche der Kühlplatte, angeordnet ist und das Presselement über das elastische Druckelement die Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers drückt, wobei das elastische Druckelement und das elastische Dichtelement zusammen in Form eines baulich einstückig ausgebildeten Dichtkörpers ausgebildet sind, wobei ein Verbindungsabschnitt des Dichtkörpers, welcher das Druckelement mit dem Dichtelement verbindet, umlaufend um laterale Seitenflächen der Kühlplatte angeordnet ist. Die Erfindung schafft eine Leistungshalbleitereinrichtung bei der temperaturbedingte mechanische Spannungen an der Kühlplatte der Leistungshalbleitereinrichtung reduziert werden.The invention relates to a power semiconductor device with a power semiconductor module and a heat sink, the power semiconductor module having power semiconductor components that are arranged on electrically conductive conductor tracks, the power semiconductor module having a cooling plate, the heat sink having an opening, the cooling plate being arranged in the region of the opening On a side surface of the cooling plate facing away from the power semiconductor components, an elastic sealing element running around an edge region of the cooling plate is arranged, the power semiconductor device having a pressure device which presses the cooling plate in the direction of the cooling body in such a way that the sealing element seals the cooling plate against the cooling body in a liquid-tight manner , the pressure device allowing the cooling plate to expand in the opposite direction to the direction in which the pressure device presses, the pressure device being a pressing element and having an elastic pressure element, wherein the pressure element is arranged between the pressure element and a side surface of the cooling plate facing the power semiconductor components, and the pressure element presses the cooling plate in the direction of the heat sink via the elastic pressure element, the elastic pressure element and the elastic sealing element together in the form of a structurally integrally formed sealing body are formed, wherein a connecting portion of the sealing body, which connects the pressure element to the sealing element, is arranged circumferentially around lateral side surfaces of the cooling plate. The invention creates a power semiconductor device in which temperature-related mechanical stresses on the cooling plate of the power semiconductor device are reduced.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung. The invention relates to a power semiconductor device.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Leistungshalbleitereinrichtungen sind im Allgemeinen auf einem Substrat Leistungshalbleiterbauelemente, wie z.B. Leistungshalbleiterschalter und Dioden angeordnet und mittels einer Leiterschicht des Substrats, sowie Bonddrähten und/oder einem Folienverbund miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Leistungshalbleiterschalter liegen dabei im Allgemeinen in Form von Transistoren, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. In power semiconductor devices known in the art, power semiconductor devices, such as a semiconductor device, are generally mounted on a substrate. Power semiconductor switches and diodes arranged and electrically conductively connected to each other by means of a conductor layer of the substrate, and bonding wires and / or a film composite. The power semiconductor switches are generally in the form of transistors, e.g. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

Die auf dem Substrat angeordneten Leistungshalbleiterbauelemente sind dabei häufig elektrisch zu einer einzelnen oder mehreren sogenannten Halbbrückenschaltungen verschalten, die z.B. zum Gleich- und Wechselrichten von elektrischen Spannungen und Strömen verwendet werden. In this case, the power semiconductor components arranged on the substrate are frequently electrically connected to form a single or a plurality of so-called half-bridge circuits, which are e.g. be used for Gleich- and inverting electrical voltages and currents.

Im Betrieb der Leistungshalbleitereinrichtung treten an den Leistungshalbleiterbauelementen elektrische Verluste auf, die zu einer Erwärmung der Leistungshalbleiterbauelemente führen. Zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente weisen technikübliche Leistungshalbleitereinrichtungen oftmals einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlkörper auf, der thermisch leitend an die Leistungshalbleiterbauelemente angekoppelt ist. During operation of the power semiconductor device, electrical losses occur at the power semiconductor components which lead to a heating of the power semiconductor components. For cooling the power semiconductor components, technology-typical power semiconductor devices often have a heat sink through which a cooling fluid flows, which is thermally coupled to the power semiconductor components.

Aus der DE 10 2010 043 446 B3 ist es bekannt, einen von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kühlkörper mit Öffnungen zu versehen und in die Öffnungen die Kühlplatte von Leistungshalbleitermodulen, die Leistungshalbleiterbauelemente aufweisen, anzuordnen. Hierdurch wird eine gute Wärmeabfuhr von den Leistungshalbleiterbauelementen zur Kühlflüssigkeit erzielt. Die Kühlplatte dehnt sich bei Temperaturveränderungen aus oder zieht sich zusammen, was bei einer relativ starr angeordneten Kühlplatte zu mechanischen Spannungen an der Kühlplatte führen kann. Die mechanischen Spannungen an der Kühlplatte können zu einem Verbiegen der Kühlplatte führen, was zu einer Beschädigung des Leistungshalbleitermoduls führen kann. From the DE 10 2010 043 446 B3 It is known to provide openings for a cooling body through which a cooling fluid flows and to arrange in the openings the cooling plate of power semiconductor modules having power semiconductor components. This achieves good heat dissipation from the power semiconductor components to the cooling liquid. The cooling plate expands or contracts with temperature changes, which can lead to mechanical stresses on the cooling plate in a relatively rigidly arranged cooling plate. The mechanical stresses on the cooling plate can lead to bending of the cooling plate, which can lead to damage of the power semiconductor module.

Aus der US 2008/0237847 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul bekannt, das mehrere Leistungshalbleiterelemente, und mehrere isolierende Substrate, auf deren obere Oberflächen die Leistungshalbleiterelemente gelötet sind, und eine ebene Basisplatte, auf deren obere Oberfläche die unteren Oberflächen der isolierenden Substrate gelötet sind, und mehrere Strahlungsrippen, die von einem Bereich auf einer Seite der unteren Oberfläche der Basisplatte vorstehen, und eine periphere Wand, die von der Seite der unteren Oberfläche der Basisplatte so vorsteht, dass sie die Strahlungsrippen umgibt, aufweist. From the US 2008/0237847 A1 For example, a power semiconductor module is known that has a plurality of power semiconductor elements, and a plurality of insulating substrates on the upper surfaces of which the power semiconductor elements are soldered, and a planar base plate on the upper surface of which the lower surfaces of the insulating substrates are soldered, and a plurality of radiation fins from one region one side of the lower surface of the base plate, and a peripheral wall projecting from the lower surface side of the base plate so as to surround the radiation fins.

Aus der DE 693 29 103 T2 ist ein Leistungsmodulkühlsystem bekannt, das ein Leistungsmodul mit einer metallischen Basis aufweist, wobei die Basis über Klemmfedern mit einen Kühlkörper verbunden ist. From the DE 693 29 103 T2 For example, a power module cooling system is known, which has a power module with a metallic base, wherein the base is connected via clamping springs to a heat sink.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Leistungshalbleitereinrichtung zu schaffen bei der temperaturbedingte mechanische Spannungen an der Kühlplatte der Leistungshalbleitereinrichtung reduziert werden. It is the object of the invention to provide a power semiconductor device in which temperature-induced mechanical stresses on the cooling plate of the power semiconductor device are reduced.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitermodul und einem von einer Flüssigkeit durchströmbaren Kühlkörper, wobei das Leistungshalbleitermodul Leistungshalbleiterbauelemente, die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen angeordnet sind, aufweist, wobei das Leistungshalbleitermodul eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht und eine Kühlplatte aufweist, wobei die Isolationsschicht zwischen den Leiterbahnen und der Kühlplatte angeordnet ist, wobei der Kühlkörper eine Öffnung aufweist, wobei die Kühlplatte im Bereich der Öffnung angeordnet ist, wobei an einer den Leistungshalbleiterbauelementen abgewandten Seitenfläche der Kühlplatte, eine um einen Randbereich der Kühlplatte umlaufendes elastisches Dichtelement angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung eine Druckeinrichtung aufweist, die die Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers derart drückt, dass das Dichtelement die Kühlplatte gegen den Kühlkörper flüssigkeitsdicht abdichtet, wobei die Druckeinrichtung eine Ausdehnung der Kühlplatte in Gegenrichtung zur Richtung in der die Druckeinrichtung drückt zulässt, wobei die Druckeinrichtung ein Presselement und ein elastisches Druckelement aufweist, wobei das Druckelement zwischen dem Presselement und einer den Leistungshalbleiterbauelementen zugewandten Seitenfläche der Kühlplatte, angeordnet ist und das Presselement über das elastische Druckelement die Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers drückt, wobei das elastische Druckelement und das elastische Dichtelement zusammen in Form eines baulich einstückig ausgebildeten Dichtkörpers ausgebildet sind, wobei ein Verbindungsabschnitt des Dichtkörpers, welcher das Druckelement mit dem Dichtelement verbindet, umlaufend um laterale Seitenflächen der Kühlplatte angeordnet ist. Hierdurch wird eine zuverlässige Druckeinrichrichtung und eine besonders einfach aufgebaute Leistungshalbleitereinrichtung geschaffen. This object is achieved by a power semiconductor device having a power semiconductor module and a heat sink permeable by a liquid, wherein the power semiconductor module power semiconductor components, which are arranged on electrically conductive tracks, wherein the power semiconductor module has an electrically non-conductive insulating layer and a cooling plate, wherein the insulating layer between the conductor tracks and the cooling plate is arranged, wherein the cooling body has an opening, wherein the cooling plate is arranged in the region of the opening, wherein disposed on a side facing away from the power semiconductor components side surface of the cooling plate, an encircling an edge region of the cooling plate elastic sealing element, wherein the power semiconductor device a pressure device which presses the cooling plate in the direction of the heat sink in such a way that the sealing element, the cooling plate against the Kühlk The fluid-tight sealable body, wherein the pressure device allows expansion of the cooling plate in the opposite direction to the direction in which the pressure device presses, wherein the pressure device comprises a pressing member and an elastic pressure element, wherein the pressure element between the pressing member and the power semiconductor components facing side surface of the cooling plate, is arranged and the pressing member via the elastic pressure member presses the cooling plate in the direction of the heat sink, wherein the elastic pressure element and the elastic sealing element are formed together in the form of a structurally integrally formed sealing body, wherein a connecting portion of the sealing body, which connects the pressure element with the sealing element circumferentially around lateral side surfaces of the cooling plate is arranged. As a result, a reliable Druckeinrichrichtung and a particularly simple design power semiconductor device is created.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Druckeinrichtung die Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers derart drückt, dass das Dichtelement die von den Leistungshalbleiterbauelementen abgewandte Seitenfläche der Kühlplatte gegen den Kühlkörper flüssigkeitsdicht abdichtet, wobei die von den Leistungshalbleiterbauelementen abgewandte Seitenfläche der Kühlplatte vom Kühlkörper einen Abstand aufweist. Wenn die Druckeinrichtung die von den Leistungshalbleiterbauelementen abgewandte Seitenfläche der Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers drückt, verbleibt ein Abstand zwischen der den Leistungshalbleiterbauelementen abgewandten Seitenfläche der Kühlplatte und dem Kühlkörper. Da die Kühlplatte im gedrückten Zustand nicht auf den Kühlkörper aufliegt, kann sich die Kühlplatte bei thermischer Erwärmung in Richtung Z des Kühlkörpers ausdehnen, so dass temperaturbedingte mechanische Spannungen an der Kühlplatte der Leistungshalbleitereinrichtung weiter reduziert werden können. It proves to be advantageous if the pressure device presses the cooling plate in the direction of the heat sink in such a way that the sealing element seals the side facing away from the power semiconductor components side surface of the cooling plate against the heat sink liquid-tight, wherein the remote from the power semiconductor devices side surface of the cooling plate from the heat sink has a distance. When the pressure device presses the side face of the cooling plate facing away from the power semiconductor components in the direction of the cooling body, a distance remains between the side face of the cooling plate facing away from the power semiconductor components and the heat sink. Since the cooling plate in the pressed state does not rest on the heat sink, the cooling plate can expand in thermal direction Z in the direction of the heat sink, so that temperature-induced mechanical stresses on the cooling plate of the power semiconductor device can be further reduced.

In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Dichtkörper aus einem Elastomer ausgebildet ist, da ein Elastomer eine hohe Elastizität aufweist. Das Elastomer kann z.B. in Form von Silikon oder Gummi vorliegen. In this context, it proves to be advantageous if the sealing body is formed from an elastomer, since an elastomer has a high elasticity. The elastomer may e.g. in the form of silicone or rubber.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Presselement in Form eines den Randbereich der Kühlplatte bedeckenden Rahmes ausgebildet ist. Hierdurch wird eine gleichmäßig Verteilung der Druckkraft auf die Kühlplatte, mit der die Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers gedrückt wird, erzielt. Furthermore, it proves to be advantageous if the pressing element is designed in the form of a rim of the cooling plate covering cream. As a result, a uniform distribution of the pressure force is achieved on the cooling plate, with which the cooling plate is pressed in the direction of the heat sink.

Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kühlplatte in der Öffnung angeordnet ist, da hierdurch eine besonders zuverlässige Leistungshalbleitereinrichtung geschaffen wird. Furthermore, it proves to be advantageous if the cooling plate is arranged in the opening, since in this way a particularly reliable power semiconductor device is provided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Beispiele zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen: Embodiments of the invention and examples for explaining partial aspects of the invention are illustrated in the figures and are explained in more detail below. Showing:

1 eine perspektivische Ansicht eines von einer Flüssigkeit durchströmbaren Kühlkörpers, 1 a perspective view of a liquid flow therethrough, the heat sink,

2 eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung in einem noch nicht fertig montierten Zustand, 2 a perspective view of a power semiconductor device in a not yet assembled state,

3 eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung, 3 a sectional view of a power semiconductor device for explaining partial aspects of the invention,

4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung und 4 a sectional view of a power semiconductor device according to the invention and

5 eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung. 5 a sectional view of a power semiconductor device for explaining partial aspects of the invention.

In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines von einer Flüssigkeit durchströmbaren Kühlkörpers 2 dargestellt. In 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung 1 in einem noch nicht fertig montierten Zustand dargestellt In 4 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt, wobei in 4 nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente der Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt sind und der Übersichtlichkeit halber nicht alle geschnittenen Elemente schraffiert dargestellt sind. In 1 is a perspective view of a liquid-permeable heat sink 2 shown. In 2 is a perspective view of a power semiconductor device 1 shown in a not yet assembled state 4 is a sectional view of the power semiconductor device according to the invention 1 shown, in 4 only the elements of the power semiconductor device which are essential for understanding the invention 1 are shown and the sake of clarity, not all cut elements are shown hatched.

Die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist mindestens ein Leistungshalbleitermodul 3 auf, wobei die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung eine Vielzahl von Leistungshalbleitermodulen 3 aufweisen kann und beim Ausführungsbeispiel drei Leistungshalbleitermodule 3 aufweist. Das jeweilige Leistungshalbleitermodul 3 weist Leistungshalbleiterbauelemente 9, die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen 13 angeordnet sind, auf. Die Leiterbahnen 13 werden durch eine elektrisch leitende strukturierte erste Leitungsschicht 31 ausgebildet. Die Leistungshalbleiterbauelemente 9 sind mit den Leiterbahnen 13, vorzugsweise über eine Löt- oder Sintermetallschicht, elektrisch leitend verbunden. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement liegt vorzugweise in Form eines Leistungshalbleiterschalters oder einer Diode vor. Die Leistungshalbleiterschalter liegen dabei vorzusgweise in Form von Transistoren, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Das jeweilige Leistungshalbleitermodul 3 weist vorzugsweise ein erstes Gleichspannungslaststromanschlusselement DC+ und einen zweites Gleichspannungslaststromanschlusselement DC– und ein Wechselstromlastanschlusselement AC auf, die mit der ersten Leitungsschicht 31 vorzugsweise über eine Löt- oder Sintermetallschicht, elektrisch leitend verbunden sind. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels erzeugt das jeweilige Leistungshalbleitermodul 3 aus einer zwischen den Gleichspannungslaststromanschlüssen DC+ und DC– eingespeisten Gleichspannung am Wechselspannungslaststromanschluss AC eine Wechselspannung. Weiterhin weist das jeweilige Leistungshalbleitermodul 3 im Rahmen des Ausführungsbeispiels Steueranschlusselemente S auf, die elektrisch leitend mit den Steueranschlüssen der Leistungshalbleiterschalter des Leistungshalbleitermoduls 3 verbunden sind. The power semiconductor device according to the invention 1 has at least one power semiconductor module 3 on, wherein the power semiconductor device according to the invention a plurality of power semiconductor modules 3 and in the embodiment three power semiconductor modules 3 having. The respective power semiconductor module 3 has power semiconductor components 9 on electrically conductive tracks 13 are arranged on. The tracks 13 be through an electrically conductive structured first conductor layer 31 educated. The power semiconductor components 9 are with the tracks 13 , preferably via a solder or sintered metal layer, electrically conductively connected. The respective power semiconductor component is preferably in the form of a power semiconductor switch or a diode. The power semiconductor switches are vorzusgweise in the form of transistors, such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) before. The respective power semiconductor module 3 preferably comprises a first DC load current connection element DC + and a second DC load current connection element DC and an AC load connection element AC connected to the first conduction layer 31 preferably via a solder or sintered metal layer, are electrically conductively connected. In the context of the embodiment generates the respective power semiconductor module 3 from a DC voltage between the DC load current terminals DC + and DC- fed DC voltage at the AC load current terminal AC an AC voltage. Furthermore, the respective power semiconductor module has 3 in the context of the exemplary embodiment control connection elements S, which are electrically conductive with the control terminals of the power semiconductor switch of the power semiconductor module 3 are connected.

Weiterhin weist das jeweilige Leistungshalbleitermodul 3 eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht 6 und eine Kühlplatte 5 auf, wobei die Isolationsschicht 6 zwischen den Leiterbahnen 13 und der Kühlplatte 5 angeordnet ist. Die Leiterbahnen 13 sind mit der Isolationsschicht 6 verbunden. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist zwischen der Isolationsschicht 6 und der Kühlplatte 5 eine elektrisch leitende vorzugweise unstrukturierte zweite Leitungsschicht 8 angeordnet, die mit der Isolationsschicht 6 verbunden ist. Die Isolationsschicht 6 liegt vorzugsweise in Form eines Keramikkörpers vor. Die erste und zweite Leitungsschicht 31 und 8 und die Isolationsschicht 6 werden zusammen vorzugsweise durch ein Direct Copper Bonded Substrat (DCB-Substrat) ausgebildet. Furthermore, the respective power semiconductor module has 3 an electrically non-conductive insulation layer 6 and a cooling plate 5 on, with the insulation layer 6 between the tracks 13 and the cooling plate 5 is arranged. The tracks 13 are with the insulation layer 6 connected. In the context of the embodiment is between the insulation layer 6 and the cooling plate 5 an electrically conductive, preferably unstructured second conductive layer 8th arranged with the insulation layer 6 connected is. The insulation layer 6 is preferably in the form of a ceramic body. The first and second conductor layer 31 and 8th and the insulation layer 6 are preferably formed together by a direct copper bonded substrate (DCB substrate).

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die erste und die zweite Leitungsschicht aus einer einzelnen Schicht oder auch mehreren übereinanderliegenden Schichten bestehen können. So kann die erste und/oder die zweite Leitungsschicht z.B. eine Kupferschicht aufweisen, die eine einzelne oder mehrere übereinanderliegende Beschichtungen, z.B. aus einem Edelmetall (z.B. Silber) oder aus einer Edelmetallverbindung aufweist, welche z.B. als Haftvermittlungsschichten und/oder Schutzschichten dienen können. It should be noted at this point that the first and the second conductor layer may consist of a single layer or even of several superimposed layers. Thus, the first and / or the second conductive layer may be e.g. a copper layer comprising a single or multiple superposed coatings, e.g. of a noble metal (e.g., silver) or of a noble metal compound, e.g. can serve as adhesion-promoting layers and / or protective layers.

Die Kühlplatte 5 besteht vorzugsweise aus Aluminium (z.B. Al 99,5) und kann an Ihrer den Leistungshalbleiterbauelementen 9 zugewandten Seite mit einer einzelnen oder mehreren übereinanderliegende Schichten beschichtet sein, die z.B. jeweilig als Haftvermittlungsschicht und/oder als Schutzschicht dienen können und/oder dazu dienen können mechanische Spannungen zwischen Isolationsschicht 6 und der Kühlplatte 5, welche bei Temperaturänderungen, aufgrund unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten von Isolationsschicht 6 und Kühlplatte 5, auftreten können, zu reduzieren. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist die Kühlplatte 5 an Ihrer der Isolationsschicht 6 zugewandten Seite mit einer Kupferschicht 12 beschichtet, die wiederum z.B. mit einer Beschichtung, insbesondere einer Edelmetallbeschichtung (z.B. Silber) beschichtet sein kann. Die Kupferschicht 12 ist zwischen Kühlplatte 5 und Isolationsschicht 6, und insbesondere zwischen Kühlplatte und zweiter Leitungsschicht 8 angeordnet. Die zweite Leitungsschicht 8 ist mit der Kühlplatte 5, vorzugsweise über eine Löt- oder Sintermetallschicht, direkt oder indirekt (falls die Kühlplatte an Ihrer den Leistungshalbleiterbauelementen zugewandten Seite mit einer einzelnen oder mehreren übereinanderliegenden Schichten beschichtet ist) verbunden. Die zweiter Leitungsschicht 8 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels über eine Löt- oder Sintermetallschicht mit der Kupferschicht 12 verbunden. The cooling plate 5 is preferably made of aluminum (eg Al 99.5) and may be on your the power semiconductor devices 9 facing side to be coated with a single or more superimposed layers, for example, each serve as a primer layer and / or as a protective layer and / or serve mechanical stresses between insulation layer 6 and the cooling plate 5 , which at temperature changes, due to different thermal expansion coefficients of insulation layer 6 and cooling plate 5 , can occur, reduce. In the context of the embodiment, the cooling plate 5 at your insulation layer 6 facing side with a copper layer 12 coated, in turn, for example, with a coating, in particular a noble metal coating (eg silver) may be coated. The copper layer 12 is between cooling plate 5 and insulation layer 6 , and in particular between the cooling plate and the second conductive layer 8th arranged. The second conductive layer 8th is with the cooling plate 5 , preferably via a solder or sintered metal layer, directly or indirectly (if the cooling plate is coated on its side facing the power semiconductor components with a single or multiple superimposed layers). The second conductive layer 8th is in the context of the embodiment of a solder or sintered metal layer with the copper layer 12 connected.

Der Übersichtlichkeit halber sind in 3 und den übrigen Schnittansichten die Löt- oder Sintermetallschichten nicht dargestellt. Weiterhin sei angemerkt, dass die Dicke der Schichten und die Dicke der Leistungshalbleiterbauelemente nicht maßstabsgerecht dargestellt sind. For the sake of clarity, in 3 and the remaining sectional views of the solder or sintered metal layers not shown. It should also be noted that the thickness of the layers and the thickness of the power semiconductor components are not shown to scale.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Kühlplatte auch in Form eines Aluminiumkörpers eines Insulated Metal Substrats (IMS) vorliegen kann. It should be noted at this point that the cooling plate can also be in the form of an aluminum body of an insulated metal substrate (IMS).

Die Kühlplatte 5 weist vorzugsweise an ihrer den Leitungshalbleiterbauelementen 9 abgewandten Seite Kühlfinnen und/oder Kühlpins 19 auf. The cooling plate 5 preferably has at its the line semiconductor devices 9 opposite side cooling fins and / or cooling pins 19 on.

Weiterhin weist die Leistungshalbleitereinrichtung 1 einen von einer Flüssigkeit (z.B. Wasser) durchströmbaren Kühlkörper 2 auf. Der Kühlkörper 2 weist an einer den Leistungshalbleiterbauelementen 9 zugewandten Außenseite A des Kühlkörpers 2 Öffnungen 25 auf. Die Kühlplatte 5 des jeweiligen Leistungshalbleitermoduls 3 ist im jeweiligen Bereich 35 der jeweiligen Öffnung 25 angeordnet und ist vorzugsweise insbesondere in der jeweiligen Öffnung 25 angeordnet. Bei den Ausführungsbeispielen ist die jeweilige Kühlplatte 5 in der jeweiligen Öffnung 25 angeordnet. Wenn die jeweilige Kühlplatte 5 in der jeweiligen Öffnung 25 angeordnet ist, kann ein Teil der jeweiligen Kühlplatte 5 aus der jeweiligen Öffnung 25 herausragen. Die jeweilige Kühlplatte 5 verschließt die jeweilige Öffnung 25. An einer den Leistungshalbleiterbauelementen 9 abgewandten Seite B der Kühlplatte 2 ist ein Hohlraum 18 ausgebildet. Die Flüssigkeit durchströmt im Rahmen des Ausführungsbeispiels den Kühlkörper 2, indem sie durch eine Eingangsöffnung (in der Perspektive von 1 ist die Eingangsöffnung nicht zu sehen) des Kühlkörper 2 in den Hohlraum 18 einströmt, den Hohlraum 18 durchströmt und durch eine Ausgangsöffnung 11 des Kühlkörper 2 aus dem Kühlkörper 2 ausströmt. Die Wärme der jeweiligen Kühlplatte 5 wird auf die Flüssigkeit übertragen und von der Flüssigkeit abtransportiert. In 1 und 2 ist die einströmende und ausströmende Flüssigkeit mit Pfeilen dargestellt. Furthermore, the power semiconductor device 1 one of a liquid (eg water) can flow through the heat sink 2 on. The heat sink 2 indicates at one of the power semiconductor devices 9 facing outside A of the heat sink 2 openings 25 on. The cooling plate 5 of the respective power semiconductor module 3 is in the respective area 35 the respective opening 25 arranged and is preferably in particular in the respective opening 25 arranged. In the embodiments, the respective cooling plate 5 in the respective opening 25 arranged. If the respective cooling plate 5 in the respective opening 25 can be arranged, part of the respective cooling plate 5 from the respective opening 25 protrude. The respective cooling plate 5 closes the respective opening 25 , At one of the power semiconductor devices 9 opposite side B of the cooling plate 2 is a cavity 18 educated. The liquid flows through the heat sink in the embodiment 2 by passing through an entrance opening (in the perspective of 1 the entrance opening is not visible) of the heat sink 2 in the cavity 18 enters the cavity 18 flows through and through an exit opening 11 of the heat sink 2 from the heat sink 2 flows. The heat of the respective cooling plate 5 is transferred to the liquid and transported away from the liquid. In 1 and 2 is the inflowing and outflowing liquid represented by arrows.

Im Folgenden wird die Anordnung der Leistungshalbleitermodule 3 und die Verbindung der Leistungshalbleitermodule 3 mit dem Kühlkörper 2 anhand eines der Leistungshalbleitermodule 3 beschrieben, wobei die anderen Leistungshalbleitermodule 3 in analoger Weise angeordnet und mit dem Kühlkörper 2 verbunden sind. The following is the arrangement of the power semiconductor modules 3 and the connection of the power semiconductor modules 3 with the heat sink 2 using one of the power semiconductor modules 3 described, wherein the other power semiconductor modules 3 arranged in an analogous manner and with the heat sink 2 are connected.

An einer den Leistungshalbleiterbauelementen 9 abgewandten Seitenfläche 20 der Kühlplatte 5, ist ein um einen Randbereich 21 der Kühlplatte 5 umlaufendes elastisches Dichtelement 4 angeordnet. Das elastische Dichtelement kann z.B. in Form eines Dichtrings ausgebildet sein. Der Kühlkörper 4 weist einen Graben 22 auf, wobei das elastischen Dichtelements 4 im Graben 22 angeordnet ist, wobei ein Teil des elastischen Dichtelements 4 aus dem Graben 22 herausragen kann. At one of the power semiconductor devices 9 opposite side surface 20 the cooling plate 5 , is a around a border area 21 the cooling plate 5 circumferential elastic sealing element 4 arranged. The elastic sealing element may be formed, for example, in the form of a sealing ring. The heat sink 4 has a ditch 22 on, wherein the elastic sealing element 4 in the ditch 22 is arranged, wherein a part of the elastic sealing element 4 from the ditch 22 can stand out.

Weiterhin weist die Leistungshalbleitereinrichtung 1 erfindungsgemäß eine Druckeinrichtung 23 aufweist, die die Kühlplatte 5 in Richtung Z des Kühlkörpers 2 derart drückt, dass das Dichtelement 4 die Kühlplatte 5 gegen den Kühlkörper 2 flüssigkeitsdicht abdichtet, wobei die Druckeinrichtung 23 eine Ausdehnung der Kühlplatte 5 in Gegenrichtung Z' zur Richtung Z in der die Druckeinrichtung 23 drückt zulässt. Die Kühlplatte 5 kann sich somit bei thermischer Erwärmung in Gegenrichtung Z' zur Druckrichtung Z ausdehnen, so dass temperaturbedingte mechanische Spannungen an der Kühlplatte der Leistungshalbleitereinrichtung reduziert werden. Ein Aufwölben der Kühlplatte, welche z.B. zu einer Beschädigung der Isolationsschicht 6 führen kann, kann somit reduziert oder vermieden werden. Furthermore, the power semiconductor device 1 According to the invention, a printing device 23 which has the cooling plate 5 in the direction Z of the heat sink 2 such that the sealing element 4 the cooling plate 5 against the heat sink 2 liquid-tight, the pressure device 23 an extension of the cooling plate 5 in the opposite direction Z 'to the direction Z in the printing device 23 presses. The cooling plate 5 Thus, thermal heating in the opposite direction Z 'can extend to the pressure direction Z, so that temperature-induced mechanical stresses on the cooling plate of the power semiconductor device are reduced. A bulging of the cooling plate, which, for example, to damage the insulation layer 6 can lead, can thus be reduced or avoided.

Vorzugsweise drückt die Druckeinrichtung 23 die Kühlplatte 5 in Richtung des Kühlkörpers 2 derart, dass das Dichtelement 4 die Kühlplatte 5 gegen den Kühlkörper 2 flüssigkeitsdicht abdichtet, wobei die von den Leistungshalbleiterbauelementen 9 abgewandte Seitenfläche 20 der Kühlplatte 5 vom Kühlkörper 5 einen Abstand a aufweist, genauer ausgedrückt, von einem der Seitenfläche 20 der Kühlplatte 5 gegenüberliegend angeordneten, zur Seitenfläche 20 naheliegensten Abschnittsfläche 32 des Kühlkörpers 2, einen Abstand a aufweist. Das Dichtelement 4 ist zwischen Kühlplatte 5 und Kühlkörper 2, genauer ausgedrückt zwischen der den Leistungshalbleiterbauelementen 9 abgewandten Seitenfläche 20 der Kühlplatte 5 und der zur Seitenfläche 20 naheliegensten Abschnittsfläche 32 des Kühlkörpers 2 angeordnet. Falls der Kühlkörper 4 einen Graben 22 aufweist, wird dieser in diesem Fall so größenmäßig ausgebildet, dass sichergestellt ist, dass wenn die Druckeinrichtung 23 die Kühlplatte 5 in Richtung Z des Kühlkörpers 2 drückt, ein Teil des Dichtelements 4 außerhalb des Grabens 22 verbleibt. Dadurch dass, wenn die Druckeinrichtung die Kühlplatte in Richtung des Kühlkörpers 2 drückt, ein Abstand a zwischen der den Leistungshalbleiterbauelementen 9 abgewandten Seitenfläche 20 der Kühlplatte 5 und dem Kühlkörper 2 verbleibt und somit die Kühlplatte 5 nicht auf den Kühlkörper 2 aufliegt, kann sich die Kühlplatte 2 bei thermischer Erwärmung in Richtung Z des Kühlkörpers 2 ausdehnen, so dass temperaturbedingte mechanische Spannungen an der Kühlplatte der Leistungshalbleitereinrichtung weiter reduziert werden können. Preferably, the printing device pushes 23 the cooling plate 5 in the direction of the heat sink 2 such that the sealing element 4 the cooling plate 5 against the heat sink 2 liquid-tight, wherein the of the power semiconductor devices 9 opposite side surface 20 the cooling plate 5 from the heat sink 5 has a distance a, more precisely, from one of the side surface 20 the cooling plate 5 arranged opposite, to the side surface 20 Nearest section area 32 of the heat sink 2 , a distance a. The sealing element 4 is between cooling plate 5 and heat sink 2 More specifically, between the power semiconductor devices 9 opposite side surface 20 the cooling plate 5 and the side surface 20 Nearest section area 32 of the heat sink 2 arranged. If the heat sink 4 a ditch 22 in this case, it is designed to be of such size that it is ensured that when the printing device 23 the cooling plate 5 in the direction Z of the heat sink 2 pushes, a part of the sealing element 4 outside the trench 22 remains. Characterized in that when the pressure means the cooling plate in the direction of the heat sink 2 presses, a distance a between the power semiconductor devices 9 opposite side surface 20 the cooling plate 5 and the heat sink 2 remains and thus the cooling plate 5 not on the heat sink 2 rests, the cooling plate can 2 with thermal heating in the direction Z of the heat sink 2 expand, so that temperature-induced mechanical stresses on the cooling plate of the power semiconductor device can be further reduced.

Die Druckeinrichtung 23 weist wie in 3 dargestellt, ein Presselement 14 und ein elastisches Druckelement 7 auf, wobei das Druckelement 7 zwischen dem Presselement 14 und einer den Leistungshalbleiterbauelementen 9 zugewandten Seitenfläche 29 der Kühlplatte 5, angeordnet ist und das Presselement 14 über das elastische Druckelement 7 die Kühlplatte 5 in Richtung Z des Kühlkörpers 2 drückt. Das elastisches Druckelement 7 ist zwischen der den Leistungshalbleiterbauelementen 9 zugewandten Seitenfläche 29 der Kühlplatte 5 und der Kühlplatte 5 angeordnet. Das elastisches Druckelement 7, genauer ausgedrückt eine der Seitenfläche 29 der Kühlplatte 5 gegenüberliegend angeordnete zur Seitenfläche 29 naheliegenste Abschnittsfläche 33 des Kühlkörpers 2, weist einen Abstand b zu der den Leistungshalbleiterbauelementen 9 zugewandten Seitenfläche 29 der Kühlplatte 5 auf. Das Presselement 14 kann einen Graben aufweisen in der das elastische Druckelement 7 angeordnet ist, wobei ein Teil des elastischen Druckelements 7 im gedrückten Zustand aus dem Graben herausragt. Durch das elastische Druckelement 7 lässt die Druckeinrichtung 23 in Gegenrichtung Z' zur Richtung Z in der sie drückt eine Ausdehnung der Kühlplatte 5 zu. Das elastische Druckelement 7 ermöglicht somit eine Ausdehnung der Kühlplatte 5 in Gegenrichtung Z' zur Richtung Z. The printing device 23 points as in 3 represented, a pressing element 14 and an elastic pressure element 7 on, with the pressure element 7 between the pressing element 14 and one of the power semiconductor devices 9 facing side surface 29 the cooling plate 5 , is arranged and the pressing element 14 over the elastic pressure element 7 the cooling plate 5 in the direction Z of the heat sink 2 suppressed. The elastic pressure element 7 is between the power semiconductor devices 9 facing side surface 29 the cooling plate 5 and the cooling plate 5 arranged. The elastic pressure element 7 more precisely, one of the side surfaces 29 the cooling plate 5 opposite to the side surface 29 Nearest section area 33 of the heat sink 2 , has a distance b from that of the power semiconductor devices 9 facing side surface 29 the cooling plate 5 on. The pressing element 14 may have a trench in which the elastic pressure element 7 is arranged, wherein a part of the elastic pressure element 7 protruding from the ditch in the pressed state. By the elastic pressure element 7 leaves the printing device 23 in the opposite direction Z 'to the direction Z in which it presses an extension of the cooling plate 5 to. The elastic pressure element 7 thus allows expansion of the cooling plate 5 in the opposite direction Z 'to the direction Z.

Das Presselement 14 ist vorzugweise in Form eines den Randbereich 21 der Kühlplatte 5 bedeckenden Rahmes ausgebildet. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist das Presselement 14 mittels einer Schraubverbindung mit dem Kühlkörper 2 verbunden. Das Presselement 14 ist über Schrauben 15, welche durch Durchgangslöcher 34 des Presselements 14 verlaufen und in mit einem Innengewinde versehende Sacklöcher 16 des Kühlkörper 5 eingeschraubt sind, mit dem Kühlkörper 2 verbunden. The pressing element 14 is preferably in the form of a border area 21 the cooling plate 5 trained cream. In the context of the embodiment, the pressing element 14 by means of a screw connection with the heat sink 2 connected. The pressing element 14 is about screws 15 through through holes 34 of the pressing element 14 run and provided with an internal thread blind holes 16 of the heat sink 5 are screwed in, with the heat sink 2 connected.

In 4 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt, die analog der Leistungshalbleitereinrichtung 1 gemäß 1 bis 3 aufgebaut ist, wobei im Unterschied zur Leistungshalbleitereinrichtung 1 gemäß 1 bis 3, das elastische Druckelement 7 und das elastische Dichtelement 4 zusammen in Form eines baulich einstückig ausgebildeten Dichtkörpers 30 ausgebildet sind, wobei ein Verbindungsabschnitt 40 des Dichtkörpers 30, welcher das Druckelement 7 mit dem Dichtelement 4 verbindet, umlaufend um die lateralen Seitenflächen 24 der Kühlplatte 5 angeordnet ist. Gleiche Elemente sind in 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 3. Der Dichtkörper 30 ist vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet. Das Elastomer kann z.B. in Form von Silikon oder Gummi vorliegen. Der Dichtkörper 30 ist vorzugsweise stoffschlüssig mit der Kühlplatte verbunden. Umlaufend um die Kühlplatte 5 ist an den lateralen Seitenflächen 24 der Kühlplatte 5 ein mit einem elastischen Material versehener Dehnungsbereich 26 angeordnet. Der Dehnungsbereich 26 wird durch den Verbindungsabschnitts 40 des Dichtkörpers 30 ausgebildet. Der Dehnungsbereich 26 bzw. der Verbindungsabschnitt 40 ermöglicht eine Ausdehnung der Kühlplatte 5 in lateraler Richtung der Kühlplatte 5, so dass temperaturbedingte mechanische Spannungen an der Kühlplatte 5 der Leistungshalbleitereinrichtung 1 weiter reduziert werden können. Solchermaßen wird eine in allen Raumrichtungen schwimmende Lagerung der Kühlplatte 5 ermöglicht. In 4 is a sectional view of a power semiconductor device according to the invention 1 shown, the analog of the power semiconductor device 1 according to 1 to 3 is constructed, in contrast to the power semiconductor device 1 according to 1 to 3 , the elastic pressure element 7 and the elastic sealing element 4 together in the form of a structurally integrally formed sealing body 30 are formed, wherein a connecting portion 40 of the sealing body 30 which the pressure element 7 with the sealing element 4 connects, around the lateral side surfaces 24 the cooling plate 5 is arranged. Same elements are in 4 provided with the same reference numerals as in 3 , The sealing body 30 is preferably formed of an elastomer. The elastomer may be in the form of silicone or rubber, for example. The sealing body 30 is preferably cohesively connected to the cooling plate. All around the cooling plate 5 is at the lateral side surfaces 24 the cooling plate 5 a stretched area provided with an elastic material 26 arranged. The stretch area 26 is through the connection section 40 of the sealing body 30 educated. The stretch area 26 or the connecting section 40 allows expansion of the cooling plate 5 in the lateral direction of the cooling plate 5 , so that temperature-induced mechanical stresses on the cooling plate 5 the power semiconductor device 1 can be further reduced. In this way, a floating in all directions storage of the cooling plate 5 allows.

In 5 ist eine Schnittansicht einer Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt, die analog der Leistungshalbleitereinrichtung 1 gemäß 1 bis 3 aufgebaut ist, wobei im Unterschied zur Leistungshalbleitereinrichtung 1 gemäß 1 bis 3, die Leistungshalbleitereinrichtung 1 gemäß 5 eine Druckeinrichtung 23' aufweist, die ein Presselement 14' und mehrere Federelemente 30 aufweist, wobei das Presselement 14' zwischen den Federelementen 30 und der den Leistungshalbleiterbauelementen 9 zugewandten Seitenfläche 29 der Kühlplatte 5, angeordnet ist und die Federelemente 30 über das Presselement 14' die Kühlplatte 5 in Richtung Z des Kühlkörpers 2 drücken. Gleiche Elemente sind in 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 3. Das Presselement 14' ist im Wesentlichen wie das in 2 dargestellte Presselement 14 ausgebildet, wobei im Unterschied zu dem im 2 dargestellten Presselement 14, das Presselement 14' nicht auf dem Kühlkörper 2 aufliegt, sondern beanstandet von ihm angeordnet ist. Durch die Federelemente 30 lässt die Druckeinrichtung 23' in Gegenrichtung Z' zur Richtung Z in der sie drückt eine Ausdehnung der Kühlplatte 5 zu. Die Federelemente 30 ermöglichen eine Ausdehnung der Kühlplatte 5 in Gegenrichtung Z' zur Richtung Z. Das Presselement 14' ist mittels einer Schraubverbindung mit dem Kühlkörper 2 verbunden. Das Presselement 14' ist über Schrauben 15, welche durch Durchgangslöcher des Presselements 14' verlaufen und in mit einem Innengewinde versehende Sacklöcher des Kühlkörpers 2 eingeschraubt sind, mit dem Kühlkörper 2 verbunden. Die Durchgangslöcher des Presselements 14' entsprechen den in 2 dargestellten Durchgangslöchern 34 des Presselements 14. Es sei angemerkt, dass die Schrauben 15, sowie die Federelemente 30 hinter der in 5 ansonsten dargestellten Schnittebene liegen. Die Federelemente 30 sind zwischen den Köpfen der Schrauben 15 und dem Presselement 14' angeordnet. Wenn die Schrauben 15 zugeschraubt werden, werden die Federelemente 30 zusammengedrückt und drücken die Kühlplatte 5 über das Presselement 14' in Richtung Z des Kühlkörpers 2. Es sei angemerkt, dass die Druckeinrichtung auch nur ein einzelnes Federelement aufweisen kann. Das jeweilige Federelemente ist vorzugsweise als Schraubenfeder oder Evolutfeder ausgebildet. In 5 is a sectional view of a power semiconductor device 1 shown, the analog of the power semiconductor device 1 according to 1 to 3 is constructed, in contrast to the power semiconductor device 1 according to 1 to 3 , the power semiconductor device 1 according to 5 a printing device 23 ' having a pressing element 14 ' and several spring elements 30 having, wherein the pressing element 14 ' between the spring elements 30 and the power semiconductor devices 9 facing side surface 29 the cooling plate 5 , is arranged and the spring elements 30 over the pressing element 14 ' the cooling plate 5 in the direction Z of the heat sink 2 to press. Same elements are in 5 provided with the same reference numerals as in 3 , The pressing element 14 ' is essentially like that in 2 shown pressing element 14 trained, in contrast to the im 2 shown pressing element 14 , the pressing element 14 ' not on the heat sink 2 rests, but objected to by him. By the spring elements 30 leaves the printing device 23 ' in the opposite direction Z 'to the direction Z in which it presses an extension of the cooling plate 5 to. The spring elements 30 allow expansion of the cooling plate 5 in the opposite direction Z 'to the direction Z. The pressing element 14 ' is by means of a screw connection with the heat sink 2 connected. The pressing element 14 ' is about screws 15 which pass through through holes of the pressing element 14 ' run and provided in an internally threaded blind holes of the heat sink 2 are screwed in, with the heat sink 2 connected. The through holes of the pressing element 14 ' correspond to the in 2 illustrated through holes 34 of the pressing element 14 , It should be noted that the screws 15 , as well as the spring elements 30 behind the in 5 otherwise shown cutting plane lie. The spring elements 30 are between the heads of the screws 15 and the pressing element 14 ' arranged. If the screws 15 be screwed, the spring elements 30 compressed and press the cooling plate 5 over the pressing element 14 ' in the direction Z of the heat sink 2 , It should be noted that the pressure device can also have only a single spring element. The respective spring elements is preferably designed as a helical spring or Evolutfeder.

Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Dichtelement 4 und/oder das Druckelement 7 stoffschlüssig mit der Kühlplatte 5 verbunden sein können. It should be noted at this point that the sealing element 4 and / or the printing element 7 cohesively with the cooling plate 5 can be connected.

Weiterhin sei angemerkt, dass der Randbereich der Kühlplatte auch über den Rand der Öffnung 25 in lateraler Richtung der Kühlplatte hinwegstehen kann, wobei in diesem Fall, die von den Leistungshalbleiterbauelementen 9 abgewandte Seitenfläche 20 der Kühlplatte 5 gegenüberliegend angeordnete zu der Seitenfläche 20 naheliegenste Abschnittsfläche des Kühlkörpers, von einem Flächenabschnitt der den Leistungshalbleiterbauelementen zugewandten Außenseite A des Kühlkörpers gebildet wird. It should also be noted that the edge region of the cooling plate also over the edge of the opening 25 can protrude in the lateral direction of the cooling plate, in which case, that of the power semiconductor devices 9 opposite side surface 20 the cooling plate 5 opposite to the side surface 20 Nearest lying portion surface of the heat sink, is formed by a surface portion of the power semiconductor devices facing outside A of the heat sink.

Ferner sei angemerkt, dass der Kühlkörper einstückig ausgebildet sein kann oder aus miteinander verbundenen Stücken ausgebildet sein kann. It should also be noted that the heat sink may be integrally formed or may be formed from interconnected pieces.

Claims (4)

Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitermodul (3) und einem von einer Flüssigkeit durchströmbaren Kühlkörper (2), wobei das Leistungshalbleitermodul (3) Leistungshalbleiterbauelemente (9), die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen (13) angeordnet sind, aufweist, wobei das Leistungshalbleitermodul (3) eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht (6) und eine Kühlplatte (5) aufweist, wobei die Isolationsschicht (6) zwischen den Leiterbahnen (13) und der Kühlplatte (5) angeordnet ist, wobei der Kühlkörper (2) eine Öffnung (25) aufweist, wobei die Kühlplatte (5) im Bereich (35) der Öffnung (25) angeordnet ist, wobei an einer den Leistungshalbleiterbauelementen (9) abgewandten Seitenfläche (20) der Kühlplatte (5), ein um einen Randbereich (21) der Kühlplatte (5) umlaufendes elastisches Dichtelement (4) angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (1) eine Druckeinrichtung (23, 23') aufweist, die die Kühlplatte (5) in Richtung (Z) des Kühlkörpers (2) derart drückt, dass das Dichtelement (4) die Kühlplatte (5) gegen den Kühlkörper (2) flüssigkeitsdicht abdichtet, wobei die Druckeinrichtung (23, 23') eine Ausdehnung der Kühlplatte (5) in Gegenrichtung (Z') zur Richtung (Z), in der die Druckeinrichtung (23, 23') drückt, zulässt, wobei die Druckeinrichtung (23) ein Presselement (14) und ein elastisches Druckelement (7) aufweist, wobei das Druckelement (7) zwischen dem Presselement (14) und einer den Leistungshalbleiterbauelementen (9) zugewandten Seitenfläche (29) der Kühlplatte (5), angeordnet ist und das Presselement (14) über das elastische Druckelement (7) die Kühlplatte (5) in Richtung (Z) des Kühlkörpers (2) drückt, wobei das elastische Druckelement (7) und das elastische Dichtelement (4) zusammen in Form eines baulich einstückig ausgebildeten Dichtkörpers (30) ausgebildet sind, wobei ein Verbindungsabschnitt (40) des Dichtkörpers (30), welcher das Druckelement (7) mit dem Dichtelement (4) verbindet, umlaufend um laterale Seitenflächen (24) der Kühlplatte (5) angeordnet ist. Power semiconductor device with a power semiconductor module ( 3 ) and a through-flow of a liquid heat sink ( 2 ), wherein the power semiconductor module ( 3 ) Power semiconductor components ( 9 ), which are supported on electrically conductive tracks ( 13 ), wherein the power semiconductor module ( 3 ) an electrically non-conductive insulation layer ( 6 ) and a cooling plate ( 5 ), wherein the insulating layer ( 6 ) between the tracks ( 13 ) and the cooling plate ( 5 ), wherein the heat sink ( 2 ) an opening ( 25 ), wherein the cooling plate ( 5 ) in the area ( 35 ) of the opening ( 25 ), wherein at one of the power semiconductor components ( 9 ) facing away from the side surface ( 20 ) of the cooling plate ( 5 ), around a border area ( 21 ) of the cooling plate ( 5 ) circumferential elastic sealing element ( 4 ), wherein the power semiconductor device ( 1 ) a printing device ( 23 . 23 ' ), which the cooling plate ( 5 ) in the direction (Z) of the heat sink ( 2 ) such that the sealing element ( 4 ) the cooling plate ( 5 ) against the heat sink ( 2 ) liquid-tight, wherein the pressure device ( 23 . 23 ' ) an extension of the cooling plate ( 5 ) in the opposite direction (Z ') to the direction (Z), in which the printing device ( 23 . 23 ' ), allowing the printing device ( 23 ) a pressing element ( 14 ) and an elastic pressure element ( 7 ), wherein the pressure element ( 7 ) between the pressing element ( 14 ) and one of the power semiconductor devices ( 9 ) facing side surface ( 29 ) of the cooling plate ( 5 ), and the pressing element ( 14 ) via the elastic pressure element ( 7 ) the cooling plate ( 5 ) in the direction (Z) of the heat sink ( 2 ), wherein the elastic pressure element ( 7 ) and the elastic sealing element ( 4 ) together in the form of a structurally integrally formed sealing body ( 30 ) are formed, wherein a connecting portion ( 40 ) of the sealing body ( 30 ), which the pressure element ( 7 ) with the sealing element ( 4 ), circumferentially around lateral side surfaces ( 24 ) of the cooling plate ( 5 ) is arranged. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (23) die Kühlplatte (5) in Richtung (Z) des Kühlkörpers (2) derart drückt, dass das Dichtelement (4) die von den Leistungshalbleiterbauelementen (9) abgewandte Seitenfläche (20) der Kühlplatte (5) gegen den Kühlkörper (2) flüssigkeitsdicht abdichtet, wobei die von den Leistungshalbleiterbauelementen (9) abgewandte Seitenfläche (20) der Kühlplatte (5) vom Kühlkörper (2) einen Abstand (a) aufweist. Power semiconductor device according to claim 1, characterized in that the pressure device ( 23 ) the cooling plate ( 5 ) in the direction (Z) of the heat sink ( 2 ) such that the sealing element ( 4 ) that of the power semiconductor devices ( 9 ) facing away from side surface ( 20 ) of the cooling plate ( 5 ) against the heat sink ( 2 ) liquid-tight, wherein the of the power semiconductor devices ( 9 ) facing away from side surface ( 20 ) of the cooling plate ( 5 ) from the heat sink ( 2 ) has a distance (a). Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (30) aus einem Elastomer ausgebildet ist. Power semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that the sealing body ( 30 ) is formed of an elastomer. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Presselement (14, 14') in Form eines den Randbereich (21) der Kühlplatte (5) bedeckenden Rahmes ausgebildet ist. Power semiconductor device according to one of the preceding claims, characterized in that the pressing element ( 14 . 14 ' ) in the form of a peripheral region ( 21 ) of the cooling plate ( 5 ) Covering cream is formed.
DE102013109592.5A 2013-09-03 2013-09-03 Power semiconductor device Active DE102013109592B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013109592.5A DE102013109592B3 (en) 2013-09-03 2013-09-03 Power semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013109592.5A DE102013109592B3 (en) 2013-09-03 2013-09-03 Power semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013109592B3 true DE102013109592B3 (en) 2014-10-23

Family

ID=51629164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013109592.5A Active DE102013109592B3 (en) 2013-09-03 2013-09-03 Power semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013109592B3 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014216170B3 (en) * 2014-08-14 2015-12-24 Robert Bosch Gmbh electronic module
CN106659094A (en) * 2017-01-23 2017-05-10 中航光电科技股份有限公司 Liquid cooling plate
DE102017220278A1 (en) * 2017-11-14 2019-05-16 Robert Bosch Gmbh Cooling element for electronic module
EP3589103A1 (en) * 2018-06-27 2020-01-01 Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH Inverter for an electrically driven vehicle
DE102019105728B3 (en) * 2019-03-07 2020-03-05 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Liquid heat sink with a base body and with a metal body
US20220200469A1 (en) * 2020-01-06 2022-06-23 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion unit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69329103T2 (en) * 1992-12-23 2001-03-22 Gen Motors Corp Power module cooling system
US20080237847A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-02 Nichicon Corporation Power semiconductor module, and power semiconductor device having the module mounted therein
DE102010043446B3 (en) * 2010-11-05 2012-01-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Performance semiconductor system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69329103T2 (en) * 1992-12-23 2001-03-22 Gen Motors Corp Power module cooling system
US20080237847A1 (en) * 2007-03-30 2008-10-02 Nichicon Corporation Power semiconductor module, and power semiconductor device having the module mounted therein
DE102010043446B3 (en) * 2010-11-05 2012-01-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Performance semiconductor system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014216170B3 (en) * 2014-08-14 2015-12-24 Robert Bosch Gmbh electronic module
CN106659094A (en) * 2017-01-23 2017-05-10 中航光电科技股份有限公司 Liquid cooling plate
CN106659094B (en) * 2017-01-23 2019-06-07 中航光电科技股份有限公司 A kind of liquid cooling plate
DE102017220278A1 (en) * 2017-11-14 2019-05-16 Robert Bosch Gmbh Cooling element for electronic module
EP3589103A1 (en) * 2018-06-27 2020-01-01 Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH Inverter for an electrically driven vehicle
DE102019105728B3 (en) * 2019-03-07 2020-03-05 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Liquid heat sink with a base body and with a metal body
US20220200469A1 (en) * 2020-01-06 2022-06-23 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013110815B3 (en) Power semiconductor device and method for producing a power semiconductor device
DE102013109589B3 (en) Power semiconductor device and method for producing a power semiconductor device
DE102013109592B3 (en) Power semiconductor device
DE102013104949B3 (en) Power electronic switching device and arrangement hereby
EP2356894B1 (en) Power converter module having a cooled busbar
DE102013104950B3 (en) Power semiconductor module and arrangement hereby
DE102014106857B4 (en) Power semiconductor device
DE102014104194B4 (en) Power semiconductor device
DE102015114188B4 (en) Power electronic submodule with a two-part housing
DE102006008807A1 (en) Power semiconductor module and cooling assembly combination for insulated gate bipolar transistor inverter application, has module with frame-like housing, which stays away from outer edge section of main surface of substrate
DE112014003966T5 (en) Semiconductor device
EP3273473B1 (en) Power electronics switching device, arrangement using the same, and method for producing the switch device
DE102016202067A1 (en) Power semiconductor device
DE102013113143B4 (en) Power semiconductor device
EP3273474A1 (en) Power electronics switching device, arrangement using the same, and method for producing the switch device
DE102014104308B3 (en) Power semiconductor device system
EP3273470A1 (en) Power electronics switching device, arrangement using the same, and method for producing the switch device
DE102014101024B3 (en) Power semiconductor device
DE102016104283A1 (en) Power semiconductor module with a housing
EP3226269B1 (en) Power semiconductor device
DE102015210061A1 (en) Method for electrical contacting of a component and component module
DE202016101292U1 (en) Power semiconductor device
DE102016100617B4 (en) Power semiconductor module with a housing and a capacitor
DE102013109532B3 (en) Power semiconductor device has press ring that is provided for respectively pressing surfaces of cooling plate and cooling portion facing side surfaces of seal ring against respective surfaces of cooling plate and cooling portion
DE102014116058B3 (en) Power semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final