DE102014103481A1 - Leistungshalbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitergerät (2), das ein Leistungshalbleitermodul (3) und ein das Leistungshalbleitermodul (3) überdeckendes Gehäuse (4) aufweist, mit Lastanschlusselementen (20), mit einer Heatpipe (5) und mit einem außerhalb des Gehäuses (4) des Leistungshalbleitergeräts (2) und vom Leistungshalbleitergerät (2) beabstandet angeordneten Luftkühlkörper (18), wobei das Leistungshalbleitermodul (3) Leistungshalbleiterbauelemente (6) aufweist, die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen (10) angeordnet und mit den Leiterbahnen (10) verbunden sind und eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht (11) aufweist, die zwischen den Leiterbahnen (10) und der Heatpipe (5) angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleiterbauelemente (6) thermisch leitend mit der Heatpipe (5) gekoppelt sind, wobei die Heatpipe (5) mit dem Luftkühlkörper (18) thermisch leitend verbunden ist. Die Erfindung schafft eine Leistungshalbleitereinrichtung (1), deren Luftkühlkörper (18) nicht in der Nähe der Leistungshalbleiterbauelemente (6) angeordnet zu sein braucht und bei der die Leistungshalbleiterbauelemente (6) gegen äußeren Umwelteinflüssen geschützt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung.
  • 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), oder in Form von Thyristoren vor. Zum Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen, wie z.B. Staub und/oder Spritzwasser, weisen technikübliche Leistungshalbleitereinrichtungen ein Gehäuse auf, dass das Substrat und die Leistungshalbleiterbauelemente überdeckt.
  • 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.
  • Technikübliche Leistungshalbleitereinrichtung weisen zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente einen Wasser- oder Luftkühlkörper auf. Die Wasser- oder Luftkühlkörper sind dabei in der Nähe der Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet. Da Luftkühlkörper bei gleicher Kühlleistung einen wesentlich größeren Aufbau als Wasserkühlkörper aufweisen und in der Nähe der Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet sind, weisen luftgekühlte Leistungshalbleitereinrichtungen, d.h. heißt Leistungshalbleitereinrichtungen, bei denen die Leistungshalbleiterbauelemente mittels eines Luftkühlers gekühlt werden, eine relativ dicke Form auf, was z.B. die Einbau- und/oder Verwendungsmöglichkeiten techniküblicher luftgekühlter Leistungshalbleitereinrichtungen einschränkt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Leistungshalbleitereinrichtung zu schaffen, deren Luftkühlkörper nicht in der Nähe der Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet zu sein braucht und bei der die Leistungshalbleiterbauelemente gegen äußere Umwelteinflüsse geschützt sind.
  • Hierdurch wird eine flexible geometrische Form der Leistungshalbleitereinrichtung ermöglicht, so dass die geometrische Form der Leistungshalbleitereinrichtung an Einbau- und/oder Verwendungsmöglichkeiten der Leistungshalbleitereinrichtung leicht anpassbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitergerät, das ein Leistungshalbleitermodul und ein das Leistungshalbleitermodul überdeckendes Gehäuse aufweist, mit Lastanschlusselementen, mit einer Heatpipe und mit einem außerhalb des Gehäuses des Leistungshalbleitergeräts und vom Leistungshalbleitergerät beabstandet angeordneten Luftkühlkörper, wobei das Leistungshalbleitermodul Leistungshalbleiterbauelemente aufweist, die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen angeordnet und mit den Leiterbahnen verbunden sind und eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht aufweist, die zwischen den Leiterbahnen und der Heatpipe angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleiterbauelemente thermisch leitend mit der Heatpipe gekoppelt sind, wobei die Heatpipe mit dem Luftkühlkörper thermisch leitend verbunden ist.
  • Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleitergerät eine Grundplatte aufweist, wobei die Isolationsschicht zwischen den Leiterbahnen und der Grundplatte angeordnet ist, wobei die Heatpipe thermisch leitend mit der Grundplatte verbunden ist, da dann das Leistungshalbleitergerät eine hohe mechanische Stabilität aufweist und die Grundplatte aufgrund ihres Wärmespeichervermögens kurzzeitig auftretende Wärmepeaks zwischenspeichern bzw. temporär aufnehmen kann.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Grundplatte eine Ausnehmung aufweist in der ein Abschnitt der Heatpipe angeordnet ist. Hierdurch wird ein gute Wärmeleitung von der Grundplatte auf die Heatpipe erzielt.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Heatpipe einen länglichen Querschnitt aufweist, wobei die Isolationsschicht mit der Heatpipe thermisch leitend verbunden ist, oder zwischen der Isolationsschicht und der Heatpipe eine mit der Isolationsschicht verbundene elektrisch leitende Schicht angeordnet ist und die elektrisch leitende Schicht mit der Heatpipe thermisch leitend verbunden ist. Hierdurch wird eine besonders gute Wärmeleitung von den Leistungshalbleiterbauelementen zur Heatpipe erreicht.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Luftkühlkörper Kühlfinnen und/oder Kühlpins aufweist, da dann der Luftkühlkörper besonders gut Wärme an die ihn umgebende Luft abgeben kann.
  • Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Luftkühlkörper in einer parallel zur Isolationsschicht verlaufenden Richtung neben dem Leistungshalbleitergerät angeordnet ist und die Heatpipe zumindest im Bereich des Leistungshalbleitergeräts parallel zur Isolationsschicht verläuft. Hierdurch wird eine besonders flache geometrische Form der Leistungshalbleitereinrichtung erreicht.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Lastanschlusselemente außerhalb des Gehäuses angeordnete Anschlussabschnitte aufweisen, wobei die Anschlussabschnitte an einer einzelnen oder mehreren Seiten des Gehäuses angeordnet sind, die jeweilig in einer senkrecht zur Isolationsschicht verlaufenden Richtung zur Isolationsschicht verlaufen. Hierdurch wird, in Zusammenspiel mit der vorstehend genannten vorteilhaften Ausbildung der Erfindung, ein besonders einfaches Stapeln von mehreren Leistungshalbleitereinrichtungen aufeinander ermöglicht.
  • Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das jeweilige Lastanschlusselement an der Seite des Gehäuses an dem sein Anschlussabschnitt angeordnet ist, durch das Gehäuse hindurch nach Außen verläuft. Hierdurch wird eine kurze Leitungsführung direkt in das Innere des Gehäuses ermöglicht.
  • In diesem Zusammenhang erweist sich ein Leistungshalbleitereinrichtungssystem mit mehreren Leistungshalbleitereinrichtungen, wobei die Leistungshalbleitergeräte der Leistungshalbleitereinrichtungen in einer senkrecht zur Isolationsschicht verlaufenden Richtung aufeinander gestapelt angeordnet sind, als vorteilhaft.
  • Weiterhin erweist es sich als in diesem Zusammenhang als vorteilhaft, wenn die Luftkühlkörper der Leistungshalbleitereinrichtungen miteinander einstückig ausgebildet sind. Hierdurch wird eine hohe mechanische Stabilität des Leistungshalbleitereinrichtungssystems erzielt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematisierte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung,
  • 2 eine schematisierte Schnittdarstellung eines Leistungshalbleitergeräts und eines Abschnitts einer Heatpipe,
  • 3 eine schematisierte Schnittdarstellung eines weiteren Ausbildung eines Leistungshalbleitergeräts und einer weiteren Ausbildung eines Querschnitts einer Heatpipe,
  • 4 eine schematisierte perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems und
  • 5 eine schematisierte perspektivische Ansicht einer weiteren Ausbildung eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems.
  • Es sei angemerkt, dass in den Figuren nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung und insbesondere des Leistungshalbleitergeräts der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung dargestellt sind.
  • In 1 ist eine schematisierte perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt. In 2 ist eine schematisierte Schnittdarstellung eines Leistungshalbleitergeräts 2 und eines Abschnitts einer Heatpipe 5 der Leistungshalbleitereinrichtung 1 dargestellt.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist ein Leistungshalbleitergerät 2, das im Rahmen des Ausführungsbeispiels mehrere Leistungshalbleitermodule 3 und ein die Leistungshalbleitermodule 3 überdeckendes Gehäuse 4 aufweist. Es sei angemerkt, dass im einfachsten Fall die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 1 auch nur ein einzelnes Leistungshalbleitermodul 3 aufweisen kann. Weiterhin weist im Rahmen des Ausführungsbeispiels die Leistungshalbleitereinrichtung 1 Heatpipes 5 und ein außerhalb des Gehäuses 4 des Leistungshalbleitergeräts 2 angeordneten Luftkühlkörper 18 auf. Der Luftkühlkörper 18 ist vom Leistungshalbleitergerät 2 beabstandet angeordnet. Es sei angemerkt, dass im einfachsten Fall die erfindungsgemäße Leistungshalbleitereinrichtung 1 auch nur eine einzelne Heatpipe 5 aufweisen kann.
  • Heatpipes sind allgemein bekannter Stand der Technik. Bei einer Heatpipe wird mittels Nutzung von Verdampfungswärme eines im Inneren der Heatpipe angeordneten Mediums, Wärme von einem Ende der Heatpipe zum anderen Ende der Heatpipe transportiert. Eine Heatpipe ist rohrförmig hermetisch geschlossen ausgebildet, wobei der Querschnitt der Heatpipe nicht kreisförmig ausgebildet sein muss, sondern jede beliebige Form aufweisen kann.
  • Das jeweilige Leistungshalbleitermodul 3 weist Leistungshalbleiterbauelemente 6 auf, die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen 10 angeordnet und mit den Leiterbahnen 10 verbunden sind. Die Leistungshalbleiterbauelemente 6 sind vorzugsweise stoffschlüssig (z.B. mittels einer Löt- oder Sinterschicht) mit den Leiterbahnen 10 verbunden. Alternativ oder zusätzlich können die Leistungshalbleiterbauelemente 6 mittels einer Druckverbindung, indem z.B. eine Druck F auf die Leistungshalbleiterbauelemente 6 in Richtung der Leiterbahnen 10 ausgeübt wird, mit den Leiterbahnen 10 verbunden sein. Der Druck F kann z.B. von Federelementen, oder einem einzelnen oder mehreren anderen elastischen Elementen erzeugt werden. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 6 liegt vorzugsweise in Form eines Leistungshalbleiterschalters oder einer Diode vor. 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), oder in Form von Thyristoren vor.
  • Weiterhin weist das Leistungshalbleitermodul eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht 11 auf, die zwischen den Leiterbahnen 10 und der jeweiligen Heatpipe 5 angeordnet ist. Die Isolationsschicht 11 ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Form eines Keramikkörpers ausgebildet ist. Die Isolationsschicht 11 kann z.B. auch in Form einer elektrisch nicht leitenden Folie ausgebildet sein. Die Leiterbahnen 10 und die Isolationsschicht 11 bilden zusammen ein Substrat 7 aus, das beim Ausführungsbeispiel in Form eines Direct Copper Bonded Substrats (DCB-Substrat) vorliegt. Die Leiterbahnen 10 des Substrats 7 können z.B. durch einen Ätzprozess aus einer elektrisch leitenden Schicht herausgeätzt worden sein oder z.B. durch ein Leadframe gebildet werden. Vorzugsweise weist das Substrat 7 eine elektrisch leitende Schicht 13 auf, wobei die Isolationsschicht 11 zwischen den Leiterbahnen 10 und der elektrisch leitenden Schicht 13 angeordnet ist. Die elektrisch leitende Schicht 13 ist vorzugsweise unstrukturiert ausgebildet. Das jeweilige Substrate 7 ist in 1 nur stark schematisiert in Form eines einzelnen Köpers dargestellt.
  • Es sei weiterhin angemerkt, dass die Leistungshalbleiterbauelemente 6 an Ihrer dem jeweiligen Substrat 7 abgewandten Seite, mittels z.B. Bonddrähten und/oder einem Folienverbund miteinander und mit den Leiterbahnen 10 des jeweiligen Substrats 7, entsprechend der gewünschten elektrischen Schaltung, welche die Leistungshalbleitereinrichtung 1 realisieren soll, elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der Übersichtlichkeit halber sind diese elektrischen Verbindungen in den Figuren nicht dargestellt. Weiterhin sei angemerkt, dass die Leistungshalbleitereinrichtung 1 durch das Gehäuse 4 hindurch nach außen verlaufende jeweilig einstückig oder mehrstückig ausgebildete, elektrisch leitende Lastanschlusselemente 20 aufweist, die elektrisch leitend mit den Leistungshalbleiterbauelementen 6 verbunden sind und die zum elektrischen Anschluss der Leistungshalbleitereinrichtung 1 dienen. Die Lastanschlusselemente 20 weisen jeweilig einen außerhalb des Gehäuses 4 angeordneten Anschlussabschnitt 21 auf, an den z.B. ein Kabel oder eine elektrisch leitende Schiene elektrisch angeschlossen werden kann. Die Lastanschlusselemente 20 sind vorzugsweise mit dem Substrat 7 verbunden. Die Lastanschlusselemente 20 dienen zum Führen von Lastströmen, die im Gegensatz zu Steuerströmen, die z.B. zur Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern dienen, eine hohe Stromstärke aufweisen können. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels wird mittels der Leistungshalbleitereinrichtung 1 eine Gleichspannung in eine 3-phasige Wechselspannung wechselgerichtet bzw. eine 3-phasige Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichgerichtet.
  • Die Leistungshalbleiterbauelemente 6 sind thermisch leitend mit den Heatpipes 5 gekoppelt. Es ist somit gut Wärme von den Leistungshalbleiterbauelementen 6 an die die Heatpipes 5 übertragbar. Die jeweilige Heatpipe 5 ist mit dem Luftkühlkörper 18 thermisch leitend verbunden. Die jeweilige Heatpipe 5 kann mit dem Luftkühlkörper 18 stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein, wobei bei einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung der jeweiligen Heatpipe 5 mit dem Luftkühlkörper 18 zwischen der jeweiligen Heatpipe 5 und dem Luftkühlkörper 18 eine Wärmeleitpaste angeordnet sein kann.
  • Der Luftkühlkörper 18 kann einstückig ausgebildet sein oder aus mehreren Einzelkörpern bestehen. Der Luftkühlkörper 18 gibt seine Wärme an die ihn umgebende Luft ab. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Luftkühlkörper 18 mehrere Kühlfinnen 9 auf, die beim Ausführungsbeispiel in Form von hintereinander zueinander beabstandet angeordneter Metallplatten vorliegen. Die Kühlfinnen können aber auch Bestandteil eines einstückig ausgebildeten Luftkühlkörpers sein. Der Luftkühlkörper kann alternativ oder zusätzlich auch Kühlpins aufweisen. Der Luftkühlkörper 18 weist vorzugsweise Ausnehmungen auf in denen jeweilig ein Abschnitt der jeweiligen Heatpipe 5 angeordnet ist.
  • Der Luftkühlkörper 18 braucht somit bei der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitereinrichtung 1 nicht in der Nähe der Leistungshalbleiterbauelemente 6 angeordnet sein, was einen flexible geometrische Form der Leistungshalbleitereinrichtung 1 ermöglicht. Wird z.B. eine Leistungshalbleitereinrichtung benötigt, die aufgrund von sonstigen örtlichen Gegebenheiten einen oberhalb des Gehäuses 4 des Leistungshalbleitergeräts 2 angeordneten Luftkühlkörper 18 aufweisen muss, dann müssen lediglich die Heatpipes 5 entsprechend gebogen ausgeführt sein, so dass der Luftkühlkörper 18 oberhalb des Gehäuses 4 der Leistungshalbleitergeräts 2 angeordnet sein kann. Die sonstigen Elemente der Leistungshalbleitereinrichtung 1 brauchen nicht verändert zu werden.
  • Wie beispielhaft in 1 und 2 dargestellt, kann das Leistungshalbleitergerät 2 eine Grundplatte 8 aufweisen, wobei die Isolationsschicht 11 zwischen den Leiterbahnen 10 und der Grundplatte 8 angeordnet ist, wobei die jeweilige Heatpipe 5 thermisch leitend mit der Grundplatte 8 verbunden ist. Die jeweilige Heatpipe 5 kann dabei mit der Grundplatte 8 stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein, wobei bei einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung der jeweiligen Heatpipe 5 mit der Grundplatte 8 zwischen der jeweiligen Heatpipe 5 und der Grundplatte 8 eine Wärmeleitpaste angeordnet sein kann. Vorzugsweise weist die Grundplatte 8 Ausnehmungen 15 auf, in die jeweilig ein Abschnitt der jeweiligen Heatpipe 5 angeordnet ist. Die jeweilige Ausnehmung 15 liegt im Rahmen des Ausführungsbeispiels in Form eines Kanals, insbesondere in Form eines Sacklochs vor. Ein Abschnitt der jeweiligen Heatpipe 5 ist dabei im jeweiligen Sackloch 15 angeordnet. Es sei angemerkt, dass die jeweilige Heatpipe 5 nicht notwendigerweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen muss, sondern jede beliebige Form aufweisen kann. Die jeweilige Ausnehmung 15 kann auch in Form einer Nut ausgebildet sein in der ein Abschnitt der jeweiligen Heatpipe 5 angeordnet ist. Die Grundplatte 18 kann auch mehrstückig, insbesondere zweistückig, ausgebildet sein, wobei ein erstes Stück erste Nuten und eine zweites Stück zweite Nuten aufweist, und das erste und das zweite Stück derart aufeinander angeordnet sind, dass sich aus den ersten und zweiten Nuten zusammen Kanäle ausbilden in denen jeweilig ein Abschnitt der jeweiligen Heatpipe 5 angeordnet ist.
  • Das jeweilige Substrat 7, insbesondere die Isolationsschicht 7, oder falls vorhanden die elektrisch leitende Schicht 13, ist mit der Grundplatte 8, insbesondere stoffschlüssig, verbunden (z.B. mittels einer Klebe-, Löt- oder Sinterverbindung). Alternativ oder zusätzlich kann das jeweilige Substrat 7, insbesondere die Isolationsschicht 7, oder falls vorhanden die elektrisch leitende Schicht 13, mittels einer Druckverbindung, indem z.B. ein Druck F auf die Leistungshalbleiterbauelemente 6 und/oder auf das jeweilige Substrat 7 in Richtung der Grundplatte 8 ausgeübt wird, mit der Grundplatte 8 verbunden sein. Der Druck F kann z.B. von Federelementen, oder einem einzelnen oder mehreren anderen elastischen Elementen erzeugt werden.
  • In 3 eine schematisierte Schnittdarstellung einer weiteren Ausbildung eines Leistungshalbleitergeräts 2 und einer weiteren Ausbildung eines Querschnitts A einer Heatpipe 5 dargestellt. Die Ausbildung des Leistungshalbleitergeräts 2 gemäß 3 entspricht der Ausbildung des Leistungshalbleitergeräts 2 gemäß 2 bis auf das Merkmal, dass das Leistungshalbleitergerät 2 gemäß 3 keine Grundplatte 8 aufweist. Beim Leistungshalbleitergeräts 2 gemäß 3 ist das jeweilige Substrat 7 direkt auf der Heatpipe 5 angeordnet und thermisch leitend mit der Heatpipe 5 verbunden. Die Heatpipe weist einen länglichen Querschnitt A auf, so dass die Heatpipe 5 eine vorzugsweise planare Hauptfläche 14 aufweist. Beim Leistungshalbleitergerät 2 gemäß 3 ist das jeweilige Substrat 7 direkt auf der Hauptfläche 14 der Heatpipe 5 angeordnet und thermisch leitend mit der Hauptfläche 14 der Heatpipe 5 verbunden.
  • Die Isolationsschicht 11 kann dabei mit der Heatpipe 5 thermisch leitend verbunden sein, indem z.B. die Isolationsschicht 11 stoffschlüssig mit der Heatpipe 5, insbesondere mit der Hauptfläche 14 der Heatpipe 5, verbunden ist, und/oder indem z.B. auf das jeweilige Substrat 7 und/oder auf die Leistungshalbleiterbauelemente 6 ein Druck F in Richtung der Heatpipe 5 ausgeübt wird, wobei zwischen der Isolationsschicht 7 und der Heatpipe 5 eine Wärmeleitpaste angeordnet sein kann. Das jeweilige Substrat 7 kann z.B. in Form eines Direct Copper Bonded Substrats (DCB-Substrat) vorliegen. Zwischen der Isolationsschicht 7 und der Heatpipe 8 kann aber auch eine mit der Isolationschicht 11 verbundene elektrisch leitende Schicht 13 angeordnet sein. Das jeweilige Substrat 7 (z.B. DCB-Substrat) weist in diesem Fall, die Leiterbahnen 10, die Isolationschicht 11 und die elektrisch leitende Schicht 13 auf. Die elektrisch leitende Schicht 13 ist mit der Heatpipe 5 thermisch leitend verbunden, indem z.B. die die elektrisch leitende Schicht 13 stoffschlüssig mit der Heatpipe 5, insbesondere mit der Hauptfläche 14 der Heatpipe 5, verbunden ist, und/oder indem z.B. auf das jeweilige Substrat 7 und/oder auf die Leistungshalbleiterbauelemente 6 ein Druck F in Richtung der Heatpipe 5 ausgeübt wird. Zwischen der elektrisch leitenden Schicht 13 und der Heatpipe 5 kann eine Wärmeleitpaste angeordnet sein.
  • Die Druck F kann z.B. von Federelementen, oder einem einzelnen oder mehreren anderen elastischen Elementen erzeugt werden. Es sei weiterhin angemerkt dass die Leistungshalbleitereinrichtung 1 auch mehrere jeweilig einen länglichen Querschnitt aufweisende Heatpipes aufweisen kann auf denen zusammen, wie oben beschrieben, direkt das jeweilige Substrat 7 angeordnet sein kann.
  • Vorzugsweise ist der der Luftkühlkörper 18 in einer parallel zur Isolationsschicht 11 verlaufenden Richtung neben dem Leistungshalbleitergerät 2 angeordnet und die jeweilige Heatpipe verläuft zumindest im Bereich des Leistungshalbleitergeräts 2 parallel zur Isolationsschicht 11. Die parallel zur Isolationsschicht 11 verlaufende Richtungen liegen somit in einer durch die X-Richtung und Y-Richtung aufgespannten Ebene. Der Luftkühlkörper 18 ist solchermaßen lateral neben dem Leistungshalbleitergerät 2 angeordnet. Die Leistungshalbleitereinrichtung 1 weist bei dieser Anordnung des Leistungshalbleitergeräts 2 und des Luftkühlkörpers 18 eine besonders flache geometrische Form auf. Weiterhin sind vorzugsweise die außerhalb des Gehäuses 4 angeordneten Anschlussabschnitte 21 der Lastanschlusselemente 20 an einer einzelnen oder mehreren Seiten S1, S2, S3 und/oder S4 des Gehäuses 4 angeordnet, die in einer senkrecht zur Isolationsschicht 13 verlaufenden Richtung Z zur Isolationsschicht 13 verlaufen, wobei das jeweilige Lastanschlusselemente 20 vorzugweise an der Seite S1, S2, S3 oder S4 des Gehäuses 4 an dem sein Anschlussabschnitt 21 angeordnet ist, durch das Gehäuse 4 hindurch nach Außen verläuft. Bei solchen Ausbildungen der Leistungshalbleitereinrichtung 1 ist die Leistungshalbleitereinrichtung 1 in der senkrecht zur Isolationsschicht 13 verlaufenden Richtung Z gut stapelbar. Eine gut stapelbare Ausbildung der Leistungshalbleitereinrichtung 1 ermöglicht das aufeinander Stapeln von einer beliebigen Anzahl von Leistungshalbleitereinrichtungen 1 so, dass durch aufeinander stapeln von mehreren Leistungshalbleitereinrichtungen 1 ein Leistungshalbleitereinrichtungssystem ausgebildet werden kann, dessen elektrische Leistung beliebig an eine konkrete Anforderung anpassbar ist. Durch Erhöhung der Anzahl der aufeinander gestapelten Leistungshalbleitereinrichtungen 1 kann die elektrische Leistung des Leistungshalbleitereinrichtungssystem erhöht werden.
  • In 4 ist eine schematisierte perspektivische Ansicht eines Leistungshalbleitereinrichtungssystems 17, das mehrere aufeinander gestapelte Leistungshalbleitereinrichtungen 1 aufweist, dargestellt. Die Leistungshalbleitergeräte 2 der Leistungshalbleitereinrichtungen 1 sind in einer senkrecht zur Isolationsschicht 13 verlaufenden Richtung Z aufeinander gestapelt angeordnet. Wie in 5 beispielshaft dargestellt, können dabei die Luftkühlkörper 18 der aufeinander gestapelten Leistungshalbleitereinrichtungen 1 miteinander einstückig ausgebildet sein, so dass sich ein Gesamtluftkühlkörper 19 ausbildet. Die Luftkühlkörper 18 des Gesamtluftkühlkörpers 19 liegen dabei in Form von in senkrecht zur Isolationsschicht 11 (in Z-Richtung) hintereinander angeordneten miteinander zusammenhängenden Abschnitten des Gesamtluftkühlkörpers 19 vor. Der solchermaßen vorhandene Gesamtluftkühlkörper 19 braucht dabei nicht notwendiger Weise selbst einstückig ausgebildet sein, sondern kann dabei auch z.B. aus mehreren Einzelkörpern bestehen, die z.B. in Form von Kühlfinnen vorliegen können. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels weist der Gesamtluftkühlkörper 19 mehrere Kühlfinnen 9 auf, die beim Ausführungsbeispiel in Form von hintereinander zueinander beabstandet angeordneter Metallplatten vorliegen. Die Kühlfinnen können aber auch Bestandteil eines einstückig ausgebildeten Gesamtluftkörpers sein. Der Gesamtluftkühlkörper kann alternativ oder zusätzlich auch Kühlpins aufweisen.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass das Gehäuse 4 des Leistungshalbleitergeräts 2 die Leistungshalbleitermodule 3 nicht nur überdecken sondern zusätzlich auch vollständig umschließen kann, wobei falls das Leistungshalbleitergerät 2 eine Grundplatte 8 aufweist, diese vom Gehäuse 4 vollständig mit umschlossen werden kann. Das Gehäuse 4 des Leistungshalbleitergeräts 2 weist, falls es die Leistungshalbleitermodule 3 vollständig umschließt, Ausnehmungen auf durch die die Heatpipes 5 hindurchverlaufen.
  • Weiterhin sei angemerkt, dass das Gehäuse 4 des Leistungshalbleitergeräts 2 einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein kann. Weiterhin sei angemerkt, dass die lateralen Seitenwände, d.h. die in Y-Richtung und Z-Richtung verlaufenden Seitenwände bzw. die in X-Richtung und Z-Richtung verlaufenden Seitenwände des Gehäuses 4 des Leistungshalbleitergeräts 2 einstückig mit der Grundplatte 8 ausgebildet sein können. Das Gehäuse 4 kann als staub- und flüssigkeitsdichtes Gehäuse bei dem das Gehäuse bzw. die Durchführungen durch das Gehäuse IP54, insbesondere IP67, erfüllen, ausgebildet sein.
  • Ferner sei angemerkt, dass die elektrisch leitende Schicht 13 auch aus mehreren Schichten bestehen kann, wobei die elektrisch leitende Schicht 13 an ihrer Oberfläche eine elektrisch nicht leitende Schicht (z.B. eine Oxid-Schicht) aufweisen kann.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können.

Claims (10)

  1. Leistungshalbleitereinrichtung mit einem Leistungshalbleitergerät (2), das ein Leistungshalbleitermodul (3) und ein das Leistungshalbleitermodul (3) überdeckendes Gehäuse (4) aufweist, mit Lastanschlusselementen (20), mit einer Heatpipe (5) und mit einem außerhalb des Gehäuses (4) des Leistungshalbleitergeräts (2) und vom Leistungshalbleitergerät (2) beabstandet angeordneten Luftkühlkörper (18), wobei das Leistungshalbleitermodul (3) Leistungshalbleiterbauelemente (6) aufweist, die auf elektrisch leitenden Leiterbahnen (10) angeordnet und mit den Leiterbahnen (10) verbunden sind und eine elektrisch nicht leitende Isolationsschicht (11) aufweist, die zwischen den Leiterbahnen (10) und der Heatpipe (5) angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleiterbauelemente (6) thermisch leitend mit der Heatpipe (5) gekoppelt sind, wobei die Heatpipe (5) mit dem Luftkühlkörper (18) thermisch leitend verbunden ist.
  2. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleitergerät (2) eine Grundplatte (8) aufweist, wobei die Isolationsschicht (11) zwischen den Leiterbahnen (10) und der Grundplatte (8) angeordnet ist, wobei die Heatpipe (5) thermisch leitend mit der Grundplatte (8) verbunden ist.
  3. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (8) eine Ausnehmung (15) aufweist in der ein Abschnitt der Heatpipe (5) angeordnet ist.
  4. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe (5) einen länglichen Querschnitt (A) aufweist, wobei die Isolationsschicht (11) mit der Heatpipe (5) thermisch leitend verbunden ist, oder zwischen der Isolationsschicht (11) und der Heatpipe (5) eine mit der Isolationsschicht (11) verbundene elektrisch leitende Schicht (13) angeordnet ist und die elektrisch leitende Schicht (13) mit der Heatpipe (5) thermisch leitend verbunden ist.
  5. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühlkörper (18) Kühlfinnen (9) und/oder Kühlpins aufweist.
  6. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkühlkörper (18) in einer parallel zur Isolationsschicht (11) verlaufenden Richtung (X, Y) neben dem Leistungshalbleitergerät (2) angeordnet ist und die Heatpipe (5) zumindest im Bereich des Leistungshalbleitergeräts (2) parallel zur Isolationsschicht (11) verläuft.
  7. Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastanschlusselemente (20) außerhalb des Gehäuses (4) angeordnete Anschlussabschnitte (21) aufweisen, wobei die Anschlussabschnitte (21) an einer einzelnen oder mehreren Seiten (S1, S2, S3, S4) des Gehäuses (4) angeordnet sind, die jeweilig in einer senkrecht zur Isolationsschicht (13) verlaufenden Richtung (Z) zur Isolationsschicht (13) verlaufen.
  8. Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Lastanschlusselement (20) an der Seite (S1, S2, S3, S4) des Gehäuses (4) an dem sein Anschlussabschnitt (21) angeordnet ist, durch das Gehäuse (4) hindurch nach Außen verläuft.
  9. Leistungshalbleitereinrichtungssystem mit mehreren Leistungshalbleitereinrichtungen, die nach einer Kombination des Anspruchs 6 mit dem Anspruch 7, oder nach einer Kombination des Anspruchs 6 mit dem Anspruch 7 und dem Anspruch 8 ausgebildet sind, wobei die Leistungshalbleitergeräte (2) der Leistungshalbleitereinrichtungen (1) in einer senkrecht zur Isolationsschicht (11) verlaufenden Richtung (Z) aufeinander gestapelt angeordnet sind.
  10. Leistungshalbleitereinrichtungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkühlkörper (18) der Leistungshalbleitereinrichtungen (1) miteinander einstückig ausgebildet sind.
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