DE102014106134B4 - Kühlsystem für gemoldete Module und entsprechendes Herstellungsverfahren - Google Patents

Kühlsystem für gemoldete Module und entsprechendes Herstellungsverfahren Download PDF

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Abstract

Kühlsystem für gemoldete Module, umfassend:mehrere individuelle Module (100), welche jeweils einen Halbleiter-Chip, welcher durch eine Moldmasse (102) verkapselt ist, mehrere Anschlüsse (104), welche mit dem Halbleiter-Chip elektrisch verbunden sind und zumindest teilweise von der Moldmasse (102) unbedeckt sind, und eine Kühlplatte (106) umfassen, welche zumindest teilweise von der Moldmasse (102) unbedeckt ist;einen gemoldeten Körper (108), welcher um ein Äußeres von jedem der mehreren individuellen Module (100) gemoldet ist, wodurch ein Mehrfach-Chip-Modul (110) ausgebildet ist, wobei die Anschlüsse (104) jedes individuellen Moduls und die Kühlplatten (106) zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper (108) unbedeckt sind; undeinen Deckel (116; 300) mit einer Öffnung (118, 120; 304), welcher an einem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an einer ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls (110) befestigt ist, wobei der Deckel (116) das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) abdichtet, um einen Hohlraum (200) zwischen dem Deckel (116) und dem gemoldeten Körper (108) auszubilden, um ein Austreten oder Eintreten einer Flüssigkeit durch die Öffnung (118, 120) zu ermöglichen, um die Kühlplatten (106) jedes individuellen Moduls (100) zu kontaktieren.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft Leistungsmodule und entsprechendes insbesondere Kühlsysteme für Leistungsmodule.
  • Leistungsmodule mit doppelseitiger Kühlung verbessern das thermische Leistungsvermögen des Package durch Reduzieren des thermischen Widerstands und damit durch Erhöhen der Leistungsdichte des gesamten Systems deutlich. Leistungsmodule mit doppelseitiger Kühlung stellen jedoch eine Herausforderung hinsichtlich des Integrierens einer Wärmesenke mit dem Modul dar. Der Entwurf des Kühlers ist oft eine kritische Aufgabe beim Erzielen des höchstmöglichen Leistungsvermögens. Beispielsweise sollte die Kühlflüssigkeit in zwei verschiedenen Kanälen oberhalb und unterhalb der Leistungsmodule verteilt werden, welche in dem Package enthalten sind, um das thermische Leistungsvermögen des Package zu erhöhen. Außerdem muss das gesamte System wasserdicht sein. Die Wärmesenke sollte robust, preiswert und leicht sein.
  • Herkömmliche doppelseitige Modulkühltechniken erfordern zusätzliche Bauteile, wie beispielsweise O-Ringe und Bolzen oder Schrauben, um ein wasserdichtes System zu erzielen. Herkömmliche Aluminium-Kühler verwenden auch dickere Aluminium-Blöcke. Noch weitere Komponenten werden typischerweise benötigt, um eine wasserdichte Wärmesenke und eine bidirektionale Kühlmittelverteilung zu erzielen. Diese zusätzlichen Bauteile erhöhen die Masse und die Kosten des Systems und stellen außerdem ein wirkliches Risiko eines Flüssigkeitslecks dar. Weiterhin erhöht die Notwendigkeit für viele Montageschritte die Produktionskosten.
  • US 2011/0316 143 A1 zeigt ein einzelnes Leistungsmodul, das von einem gemoldeten Körper umgeben ist. In dem gemoldeten Körper ist ein Flüssigkeitskanal ausgebildet, durch den Kühlflüssigkeit strömen kann. Eine äußere Umhüllung kann mehrere Leistungsmodule zusammenhalten. DE 10 2005 052 756 A1 zeigt ebenfalls derartige Einzelmodule, die nebeneinander oder übereinander angeordnet werden können. Die Einzelmodule werden dabei beispielsweise miteinander verklebt. DE 699 01 695 T2 zeigt ein aus zwei Teilen zusammengesetztes Kühlelement mit einem darin verlaufenden Flüssigkeitskanal. Auf dem Kühlelement kann eine Mehrzahl von Leistungsmodulen befestigt werden. JP 2012 - 44 828 A zeigt einen Leistungskonverter mit einer Grundplatte, einem darauf angeordneten einen Flüssigkeitskanal ausbildenden Teil, einem darauf angeordneten Leistungsmodul und einer Rückplatte. Grundplatte und Rückplatte sind aneinander fixiert und schließen das Leistungsmodul und das den Flüssigkeitskanal ausbildende Teil mit elastischem Druck zwischen sich ein.
  • Hier beschriebene Ausführungsformen stellen ein aus Kunststoff gemoldetes Kühlsystem ohne Bolzenverbindungen und O-Ringe bereit. Das Kühlsystem weist ein viel geringeres Risiko eines Flüssigkeitslecks und eine größere Entwurfsflexibilität im Vergleich zu herkömmlichen Leistungsmodul-Kühlsystemen auf, wobei die Systemkosten, die Anzahl der Montageschritte und die Masse des Systems deutlich reduziert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Kühlsystems für gemoldete Module umfasst das Kühlsystem mehrere individuelle Module, welche jeweils einen Halbleiter-Chip, welcher durch eine Moldmasse (oder Formmasse, engl. mold compound) verkapselt ist, mehrere Anschlüsse, welche mit dem Halbleiter-Chip elektrisch verbunden sind und zumindest teilweise von der Moldmasse unbedeckt sind, und eine Kühlplatte umfassen, welche zumindest teilweise von der Moldmasse unbedeckt ist. Das Kühlsystem umfasst weiterhin einen gemoldeten Körper, welcher um ein Äußeres von jedem individuellen Modul gemoldet ist, um ein Mehrfach-Chip-Modul auszubilden. Die Anschlüsse von jedem individuellen Modul und die Kühlplatten sind zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper unbedeckt. Ein Deckel mit einer Öffnung ist an einem Äußeren des gemoldeten Körpers an einer ersten Seite des Mehrfach-Chip-Moduls befestigt. Der Deckel dichtet das Mehrfach-Chip-Modul an der ersten Seite ab, um einen Hohlraum zwischen dem Deckel und dem gemoldeten Körper auszubilden, um einer Flüssigkeit zu ermöglichen, durch die Öffnung auszutreten oder einzutreten, um die Kühlplatten jedes individuellen Moduls zu kontaktieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Kühlsystems für gemoldete Module umfasst das Verfahren Folgendes: Bereitstellen mehrerer individueller Module, welche jeweils einen Halbleiter-Chip, welcher durch eine Moldmasse verkapselt ist, mehrere Anschlüsse, welche mit dem Halbleiter-Chip elektrisch verbunden sind und zumindest teilweise von der Moldmasse unbedeckt sind, und eine Kühlplatte umfassen, welche zumindest teilweise von der Moldmasse unbedeckt ist; Ausbilden eines gemoldeten Körpers, welcher ein Äußeres von jedem individuellen Modul umgibt durch Molden eines Körpers um die mehreren individuellen Module, so dass der gemoldete Körper ausgebildet wird, um ein Mehrfach-Chip-Modul auszubilden, wobei die Anschlüsse jedes individuellen Moduls und die Kühlplatten zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper unbedeckt sind; und Befestigen eines Deckels mit einer Öffnung an einem Äußeren des gemoldeten Körpers an einer ersten Seite des Mehrfach-Chip-Moduls, wobei der Deckel das Mehrfach-Chip-Modul an der ersten Seite abdichtet, um einen Hohlraum zwischen dem Deckel und dem gemoldeten Körper auszubilden, um Flüssigkeit zu ermöglichen, durch die Öffnung auszutreten oder einzutreten, um die Kühlplatten jedes individuellen Moduls zu kontaktieren.
  • Der Fachmann erkennt zusätzliche Merkmale und Vorteile bei Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der begleitenden Zeichnungen.
  • Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf Illustrieren der Prinzipien der Erfindung gelegt. Ferner bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. Die Zeichnungen:
    • 1 bis 3, einschließlich 2A bis 2C und 3A und 3B, illustrieren verschiedene Schritte einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Kühlsystems für gemoldete Module;
    • 4A bis 4E illustrieren verschiedene Ansichten eines Kühlsystems für gemoldete Module gemäß einer Ausführungsform; und
    • 5A und 5B illustrieren verschiedene Ansichten eines Kühlsystems für gemoldete Module gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen wird ein Kühlsystem für gemoldete Module bereitgestellt. Das Kühlsystem umfasst mehrere individuelle Module. Jedes Modul umfasst einen Halbleiter-Chip, welcher durch eine Moldmasse verkapselt ist, mehrere Anschlüsse, welche mit dem Halbleiter-Chip elektrisch verbunden sind und zumindest teilweise von der Moldmasse unbedeckt sind, und eine Kühlplatte, welche zumindest teilweise von der Moldmasse unbedeckt ist. Das Kühlsystem umfasst weiterhin einen gemoldeten Körper, welcher ein Äußeres von jedem individuellen Modul umgibt, um ein Mehrfach-Chip-Modul auszubilden. Die Anschlüsse von jedem individuellen Modul und die Kühlplatten sind zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper unbedeckt. Ein Deckel mit einer Öffnung ist an dem Äußeren des gemoldeten Körpers an einer ersten Seite des Mehrfach-Chip-Moduls befestigt. Der Deckel dichtet das Mehrfach-Chip-Modul an der ersten Seite ab, um einen Hohlraum zwischen dem Deckel und dem gemoldeten Körper auszubilden, um einer Flüssigkeit zu ermöglichen, durch die Öffnung auszutreten oder einzutreten, um die Kühlplatten jedes individuellen Moduls zu kontaktieren. Das Kühlsystem erfordert keine Bolzenverbindungen oder O-Ringe. Als solches weist das Kühlsystem ein viel geringeres Risiko eines Flüssigkeitslecks und eine größere Entwurfsflexibilität im Vergleich zu herkömmlichen Leistungsmodul-Kühlsystemen auf, wobei die Systemkosten, die Anzahl der Montageschritte und die Masse des Systems deutlich reduziert werden.
  • 1 bis 3 illustrieren eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen des Kühlsystems. Gemäß dieser Ausführungsform werden mehrere individuelle Module 100 bereitgestellt, wie in 1 gezeigt. Die Module 100 können erworben oder hergestellt werden. In jedem Fall umfasst jedes Modul 100 einen Halbleiter-Chip, welcher durch eine Moldmasse (oder Formmasse oder Vergussmasse, engl. mold compound) 102, wie beispielsweise ein Epoxid, verkapselt ist, mehrere Anschlüsse 104, welche mit dem Halbleiter-Chip elektrisch verbunden sind und zumindest teilweise von der Moldmasse 102 unbedeckt sind, und eine Kühlplatte 106, welche zumindest teilweise von der Moldmasse 102 unbedeckt ist. Die Anschlüsse 104 stellen die nötigen elektrischen Verbindungen zu dem Halbleiter-Chip bereit. Die Anschlüsse 104 können vom Leadframetyp sein, welche aus der Moldmasse 102 der Module 100 hervor stehen, wie in 1 gezeigt. Andere Typen von Anschlüssen 104 können verwendet werden, wie beispielsweise die Art, welche bei Modulen mit Oberflächenmontage (engl. surface-mount modules) verwendet wird, z.B. L-förmig geknickte, J-förmige oder flache Anschlüsse.
  • Der Halbleiter-Chip, welcher in den individuellen Modulen 100 enthalten ist und mit den Anschlüssen 104 verbunden ist, kann jeder Typ eines Halbleiter-Chips sein, welcher eine Flüssigkeitskühlung während des Betriebs erfordert, wie beispielsweise ein IGBT-(insulated gate bipolar transistor, bipolarer Transistor mit isoliertem Gatter)-Chip, Leistungs-MOSFET- (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor)-Chip, JFET-(Junction-Feldeffekttransistor)-Chip, GaN-Chip, SiC-Chip, Thyristor-Chip, Leistungsdioden-Chip, usw. Es können mehr als ein Halbleiter-Chip bei manchen oder allen Modulen 100 sowie passive Komponenten enthalten sein. Die Halbleiter-Chips können jeden Typ einer erwünschten Schaltung ausbilden, wie beispielsweise eine Halbbrücken-, Vollbrücken- oder 3-Phasenschaltung, usw.
  • Jedes individuelle Modul 100 kann eine einzelne Kühlplatte 106 an einer Seite des Moduls 100 oder ein Paar voneinander beabstandeter Kühlplatten 106 an gegenüberliegenden Seiten des Moduls 100 aufweisen, wobei der entsprechende Halbleiter-Chip zwischen dem Paar Kühlplatten 106 angeordnet ist (die unteren Modulkühlplatten sind in 1 nicht sichtbar). In jedem Fall bleiben die Modulkühlplatten 106 zumindest teilweise von der Moldmasse 102 des entsprechenden Moduls 100 unbedeckt.
  • Weiter in dem Herstellungsprozess wird ein gemoldeter (oder geformter oder gegossener oder vergossener, engl. molded) Körper 108, z.B. durch Spritzguss, ausgebildet, welcher das Äußere jedes individuellen Moduls 100 umgibt, um ein Mehrfach-Chip-Modul 110 auszubilden. 2A zeigt die obere Seite 109 des Mehrfach-Chip-Moduls 110, und 2B zeigt die untere Seite 111. 2C zeigt eine vergrößerte Querschnittsteilansicht des Mehrfach-Chip-Moduls 110 entlang der in 2A mit A-A markierten Linie. Die individuellen Module 100, welche in dem Mehrfach-Chip-Modul 110 enthalten sind, weisen gemäß dieser Ausführungsform jeweils ein Paar voneinander beabstandeter Kühlplatten 106 auf, wie zuvor hier beschrieben. Die Kühlplatten 106 an der oberen Seite 109 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 und die Kühlplatten 106 an der unteren Seite 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 bleiben zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper 108 unbedeckt. Die Anschlüsse 104 von jedem individuellen Modul bleiben auch zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper 108 unbedeckt. Im Fall des Leadframetyps oder ähnlicher Anschlüsse stehen die Anschlüsse 104 jedes individuellen Moduls 100 aus dem gemoldeten Körper 108 hervor, wie in 2A und 2B gezeigt. Eine unterschiedliche Modulanschlusskonfiguration ist möglich mit anderen Typen von Modulanschlüssen 104, wie beispielsweise Anschlüssen für Oberflächenmontage. In jeden Fall können elektrische Verbindungen zu den individuellen Modulen 100 hergestellt werden, und die individuellen Module 100 können unmittelbar an der frei liegenden Seite 107 der Kühlplatten 106 gekühlt werden.
  • Bei einer Ausführungsform weist der gemoldete Körper 108 offene vertiefte Bereiche 112 über den Kühlplatten 106 auf, so dass die Kühlplatten 106 zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper 108 unbedeckt bleiben. Der gemoldete Körper 108 kann offene Durchgänge 114 an gegenüberliegenden Enden des gemoldeten Körpers 108 aufweisen. Eine derartige Mehrfach-Chip-Modulkonstruktion ermöglicht einer Flüssigkeit, in unmittelbarem Kontakt mit den Kühlplatten 106 an beiden Seiten 109, 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 zu fließen, wie hier nachfolgend ausführlicher beschrieben wird.
  • Ein Deckel 116 mit mindestens einer Öffnung (engl. port) 118, 120 wird dann an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 an einer ersten (z.B. oberen) Seite 109 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 befestigt. 3A zeigt das Kühlsystem während des Befestigungsprozesses des Deckels, und 3B zeigt das Kühlsystem, nachdem der Deckel 116 an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 befestigt wurde. Der Deckel 116 dichtet das Mehrfach-Chip-Modul 110 an der ersten Seite 109 ab, um einen Hohlraum (in 3A und 3B nicht sichtbar) zwischen dem Deckel 116 und dem gemoldeten Körper 108 auszubilden. Der Hohlraum ermöglicht ein Austreten oder Eintreten einer Flüssigkeit durch eine der Öffnungen 118, 120 in dem Deckel 116, um die Kühlplatten 106 jedes individuellen Moduls 100 zu kontaktieren, welches in dem Mehrfach-Chip-Modul 110 enthalten ist. Eine Basisplatte 122 ist an dem Äußeren des gemoldeten Kunststoffkörpers 108 an der zweiten (z.B. unteren) Seite 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 befestigt. Die Basisplatte 122 dichtet das Mehrfach-Chip-Modul 110 an der zweiten Seite 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 ab.
  • Bei einer Ausführungsform umfassen der Deckel 116 und die Basisplatte 122 jeweils Kunststoff. Gemäß dieser Ausführungsform werden der Deckel 116 und die Basisplatte 122 an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 an gegenüberliegenden Hauptseiten 109, 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 durch Anordnen der Basisplatte 122 auf einer Stützbasis 124 befestigt, wie beispielsweise einer Schablone, so dass Öffnungen 126 in der Basisplatte 122 an entsprechenden Stiften 128 der Stützbasis 124 ausgerichtet sind.
  • Der gemoldete Körper 108 ist auf der Basisplatte 122 so angeordnet, dass Öffnungen 130 in dem gemoldeten Körper 108 an den Stiften 128 der Stützbasis 124 ausgerichtet sind, und der Deckel 116 ist auf dem gemoldeten Körper 108 so angeordnet, dass Öffnungen 132 in dem Deckel 116 an den Stiften 128 der Stützbasis 124 ausgerichtet sind. Der Deckel 116 ist dann an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 an der ersten Seite 109 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 Kunststoff-verschweißt, und die Basisplatte 122 ist an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 an der zweiten (gegenüberliegenden) Seite 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 Kunststoff-verschweißt.
  • Bei einer anderen Ausführungsform sind der Deckel 116 und die Basisplatte 122 an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 an gegenüberliegenden Seiten 109, 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 durch Überspritzung (oder Übermolden, engl. over-molding) befestigt. Überspritzung ist ein Spritzgussprozess, bei welchem zwei Materialien zusammen eingemoldet werden. Der Deckel 116 und die Basisplatte 122 können gemäß dieser Ausführungsform aus Kunststoff oder aus einem anderen Material sein, wie beispielsweise Metall (z.B. Aluminium). In jeden Fall dichten der übergespritzte Deckel 116 und die Basisplatte 122 das Mehrfach-Chip-Modul 100 an den gegenüberliegenden Hauptseiten 109, 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 ab und bilden den Kühlmittelhohlraum zwischen dem gemoldeten Körper 108 und dem Deckel 116 und der Basisplatte 122 aus. Bei noch einer anderen Ausführungsform sind der Deckel 116 und die Basisplatte 122 an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 an den gegenüberliegenden Seiten 109, 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 durch Kleben, z.B. durch Verwenden eines Klebstoffes, befestigt.
  • 4A bis 4E zeigen verschiedene Ansichten des Kühlsystems nach der Herstellung. 4A zeigt die obere Seite des Kühlsystems. 4B zeigt die untere Seite des Kühlsystems. 4C zeigt eine Querschnittsansicht des Kühlsystems entlang der in 4A mit B-B markierten Linie. 4D zeigt eine vergrößerte Querschnittsteilansicht des Kühlsystems entlang der in 4C mit C-C markierten Linie. 4E zeigt eine Querschnittsansicht des Kühlsystems entlang der in 4A mit B-B markierten Linie, wobei Flüssigkeit in dem Hohlraum des Kühlsystems fließt.
  • Das Kühlsystem umfasst die individuellen Module 100, den gemoldeten Körper 108, welcher das Äußere jedes individuellen Moduls 100 umgibt, um ein Mehrfach-Chip-Modul 110 auszubilden (wobei die Anschlüsse 104 jedes individuellen Moduls 100 und die Kühlplatten 106 zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper 108 unbedeckt sind), und den Deckel 116, welcher an dem Äußeren des gemoldeten Körpers 108 an einer ersten (z.B. oberen) Seite 109 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 befestigt ist, und die Basisplatte 122, welche an dem Äußeren des gemoldeten Kunststoffkörpers 108 an der gegenüberliegenden (z.B. unteren) Seite 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 befestigt ist. Der Deckel 116 dichtet das Mehrfach-Chip-Modul 110 an der ersten Seite 109 ab, und die Basisplatte 122 dichtet das Mehrfach-Chip-Modul 110 an der gegenüberliegenden Seite 111 ab. Nach Befestigung an dem gemoldeten Körper 108 bilden der Deckel 116 und die Basisplatte 122 einen Hohlraum 200 zwischen dem gemoldeten Körper 108 und dem Deckel 116 und der Basisplatte 122 aus. Der Hohlraum 200 ermöglicht ein Austreten oder Eintreten einer Flüssigkeit durch eine der Öffnungen 118, 120 in dem Deckel 116, um die Kühlplatten 106 jedes individuellen Moduls 100 zu kontaktieren.
  • Der Hohlraum 200 weist einen ersten Teil 202 zwischen dem Deckel 116 und dem gemoldeten Körper 108 und einen zweiten Teil 204 zwischen der Basisplatte 122 und dem gemoldeten Körper 108 gemäß der doppelseitigen Kühlausführungsform auf, welche in 4A bis 4E illustriert ist. Gemäß dieser Ausführungsform weist der gemoldete Körper 108 einen offenen Durchgang 114 an gegenüberliegenden Enden des gemoldeten Körpers 108 auf, welcher den ersten und den zweiten Teil 202, 204 des Hohlraums 200 verbindet. Auf diese Weise kann Flüssigkeit im Kontakt mit den Kühlplatten 106 sowohl an der oberen als auch an der unteren Seite 109, 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 zirkulieren. Der Deckel 116 weist eine Einlassöffnung 118 zum parallelen Aufnehmen von Flüssigkeit in den ersten und in den zweiten Teil 202, 204 des Hohlraums 200 und eine Auslassöffnung 120 an der gleichen Seite wie die Einlassöffnung 120 zum parallelen Ausgeben der Flüssigkeit aus dem ersten und aus dem zweiten Teil 202, 204 des Hohlraums 200 auf. Der parallele Flüssigkeitsweg ist in 4E mit Pfeilen illustriert. Die Kühlplatten 106 können Oberflächenstrukturen, wie beispielsweise Stifte, Rippen oder eine absichtlich aufgeraute Oberfläche, an einer Seite 107 der Kühlplatten 106, welche offen zu dem Hohlraum 200 ist, zum Steigern der Turbulenz der Flüssigkeit aufweisen, welche in dem Hohlraum über die Kühlplatten 106 fließt.
  • 5A und 5B zeigen verschiedene Ansichten des Kühlsystems gemäß einer anderen Ausführungsform. 5A zeigt eine perspektivische Ansicht des Kühlsystems, und 5B zeigt eine Querschnittsansicht des Kühlsystems entlang der in 5A mit D-D markierten Linie. Gemäß dieser Ausführungsform weist das Kühlsystem einen ersten Deckel 300, welcher an dem Äußeren des gemoldeten Kunststoffkörpers 108 an einer ersten (z.B. oberen) Seite 109 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 befestigt ist, und einen zweiten Deckel 302 auf, welcher an dem Äußeren des gemoldeten Kunststoffkörpers 108 an der gegenüberliegenden (z.B. unteren) Seite 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 befestigt ist. Die Deckel 300, 302 dichten zusammen das Mehrfach-Chip-Modul 110 an den gegenüberliegenden Hauptseiten 109, 111 des Mehrfach-Chip-Moduls 110 ab. Beide Deckel 300, 302 weisen eine Öffnung 304, 306 auf. Beispielsweise kann die Öffnung 304 in dem ersten Deckel 300 die Einlassöffnung sein, und die Öffnung 306 in dem zweiten Deckel 302 kann die Auslassöffnung sein oder umgekehrt. Die Einlassöffnung 304 nimmt eine Flüssigkeit seriell in den ersten und in den zweiten Teil 202, 204 des Hohlraums 200 auf. Die Auslassöffnung 306 gibt die Flüssigkeit entsprechend seriell aus dem ersten und aus dem zweiten Teil 202, 204 des Hohlraums 200 ab. Der serielle Flüssigkeitsweg ist in 5B mit Pfeilen illustriert. Gemäß dieser Ausführungsform weist der gemoldete Körper 108 einen offenen Durchgang 114 an nur einem Ende des gemoldeten Körpers 108 auf, um einen seriellen Flüssigkeitsfluss zu gewährleisten.
  • Räumlich relative Begriffe, wie beispielsweise „untere“, „darunter“, „niedriger“, „über“, „obere“ und dergleichen, werden zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet, um das Anordnen eines Elementes in Bezug auf ein zweites Element zu erklären. Diese Begriffe sind vorgesehen, verschiedene Orientierungen der Vorrichtung zusätzlich zu verschiedenen Orientierungen als diejenigen zu umfassen, welche in den Figuren dargestellt sind. Weiterhin werden Begriffe, wie beispielsweise „erste“, „zweite“ und dergleichen, auch verwendet, um verschiedene Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben. Gleiche Begriffe bezeichnen überall in der Beschreibung gleiche Elemente.
  • Wie sie hier verwendet werden sind die Begriffe „mit“, „enthalten“, „aufweisen“, „umfassen“ und dergleichen erweiterbare Begriffe, welche das Vorhandensein der spezifizierten Elemente oder Merkmale angeben, jedoch keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen. Die Artikel „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ sind vorgesehen, sowohl den Plural als auch den Singular zu umfassen, außer der Kontext gibt deutlich Anderes an.

Claims (21)

  1. Kühlsystem für gemoldete Module, umfassend: mehrere individuelle Module (100), welche jeweils einen Halbleiter-Chip, welcher durch eine Moldmasse (102) verkapselt ist, mehrere Anschlüsse (104), welche mit dem Halbleiter-Chip elektrisch verbunden sind und zumindest teilweise von der Moldmasse (102) unbedeckt sind, und eine Kühlplatte (106) umfassen, welche zumindest teilweise von der Moldmasse (102) unbedeckt ist; einen gemoldeten Körper (108), welcher um ein Äußeres von jedem der mehreren individuellen Module (100) gemoldet ist, wodurch ein Mehrfach-Chip-Modul (110) ausgebildet ist, wobei die Anschlüsse (104) jedes individuellen Moduls und die Kühlplatten (106) zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper (108) unbedeckt sind; und einen Deckel (116; 300) mit einer Öffnung (118, 120; 304), welcher an einem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an einer ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls (110) befestigt ist, wobei der Deckel (116) das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) abdichtet, um einen Hohlraum (200) zwischen dem Deckel (116) und dem gemoldeten Körper (108) auszubilden, um ein Austreten oder Eintreten einer Flüssigkeit durch die Öffnung (118, 120) zu ermöglichen, um die Kühlplatten (106) jedes individuellen Moduls (100) zu kontaktieren.
  2. Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei jedes individuelle Modul (100) ein Paar Kühlplatten (106), bestehend aus der Kühlplatte und einer weiteren, von dieser beabstandeten, Kühlplatte, an gegenüberliegenden Seiten des individuellen Moduls (100) aufweist, wobei der Halbleiter-Chip zwischen dem Paar Kühlplatten (106) angeordnet ist, wobei jedes Paar Kühlplatten (106) zumindest teilweise an einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Seite des Mehrfach-Chip-Moduls (110) von dem gemoldeten Körper (108) unbedeckt ist und wobei jedes Paar Kühlplatten (106) zu dem Hohlraum (200) hin frei liegend ist.
  3. Kühlsystem nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Basisplatte (122), welche an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls (110) befestigt ist, wobei die Basisplatte (122) das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls abdichtet.
  4. Kühlsystem nach Anspruch 3, wobei der Hohlraum (200) einen ersten Teil zwischen dem Deckel (116) und dem gemoldeten Körper (108) und einen zweiten Teil zwischen der Basisplatte (122) und dem gemoldeten Körper (108) umfasst, und wobei der gemoldete Körper (108) einen offenen Durchgang (114) an gegenüberliegenden Enden des gemoldeten Körpers (108) aufweist, welche den ersten und den zweiten Teil des Hohlraums (200) verbinden.
  5. Kühlsystem nach Anspruch 4, wobei die Öffnung (118, 120) des Deckels (116) eine Einlassöffnung ist, welche dazu ausgelegt ist, die Flüssigkeit parallel in dem ersten und in dem zweiten Teil des Hohlraums (200) aufzunehmen, und wobei der Deckel (116) ferner eine Auslassöffnung (118, 120) an der gleichen Seite wie die Einlassöffnung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die Flüssigkeit parallel aus dem ersten und aus dem zweiten Teil des Hohlraums (200) abzugeben.
  6. Kühlsystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen zusätzlichen Deckel (302), welcher an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls (110) befestigt ist, wobei der zusätzliche Deckel (302) das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls abdichtet, wobei die Öffnung (304) des Deckels (300) dazu ausgelegt ist, um die Flüssigkeit seriell in dem ersten und in dem zweiten Teil des Hohlraums (200) aufzunehmen, und wobei der zusätzliche Deckel (302) eine Auslassöffnung (306) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die Flüssigkeit seriell aus dem ersten und aus dem zweiten Teil des Hohlraums (200) abzugeben.
  7. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlüsse (104) jedes individuellen Moduls (100) aus dem gemoldeten Körper (108) hervorstehen.
  8. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Deckel (116; 300) Kunststoff umfasst und an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) kunststoffverschweißt ist, um das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls abzudichten und den Hohlraum (200) zwischen dem Deckel (116; 300) und dem gemoldeten Körper (108) auszubilden.
  9. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Deckel (116; 300) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) übermoldet ist, um das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls abzudichten und den Hohlraum (200) zwischen dem Deckel (116; 300) und dem gemoldeten Körper (108) auszubilden.
  10. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Deckel (116; 300) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) durch einen Klebstoff befestigt ist, um das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite des Mehrfach-Chip-Moduls abzudichten und den Hohlraum (200) zwischen dem Deckel (116; 300) und dem gemoldeten Körper (108) auszubilden.
  11. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlplatten (106) an einer Seite der Kühlplatten, welche zu dem Hohlraum (200) hin frei liegend ist, Oberflächenstrukturen zum Steigern der Turbulenz der Flüssigkeit aufweisen, welche in dem Hohlraum über die Kühlplatten fließt.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Kühlsystems für gemoldete Module, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen mehrerer individueller Module (100), welche jeweils einen Halbleiter-Chip, welcher durch eine Moldmasse (102) verkapselt ist, mehrere Anschlüsse (104), welche mit dem Halbleiter-Chip elektrisch verbunden sind und zumindest teilweise von der Moldmasse (102) unbedeckt sind, und eine Kühlplatte (106) umfassen, welche zumindest teilweise von der Moldmasse (102) unbedeckt ist; Molden eines Körpers um die mehreren individuellen Module (100), so dass ein gemoldeter Körper (108) ausgebildet wird, welcher ein Äußeres von jedem der mehreren individuellen Module (100) umgibt, wobei ein Mehrfach-Chip-Modul ausgebildet wird, wobei die Anschlüsse (104) jedes individuellen Moduls und die Kühlplatten (106) zumindest teilweise von dem gemoldeten Körper (108) unbedeckt sind; und Befestigen eines Deckels (116; 300) mit einer Öffnung (118, 120; 304) an einem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an einer ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls (110), wobei der Deckel (116) das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) abdichtet, um einen Hohlraum (200) zwischen dem Deckel (116) und dem gemoldeten Körper (108) auszubilden, um ein Austreten oder Eintreten einer Flüssigkeit durch die Öffnung (118, 120) zu ermöglichen, um die Kühlplatten (106) jedes individuellen Moduls (100) zu kontaktieren.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei jedes individuelle Modul (100) ein Paar Kühlplatten (106), bestehend aus der Kühlplatte und einer weiteren, von dieser beabstandeten, Kühlplatte, an gegenüberliegenden Seiten des individuellen Moduls (100) aufweist, wobei der Halbleiter-Chip zwischen dem Paar Kühlplatten angeordnet ist, wobei jedes Paar Kühlplatten (106) zumindest teilweise an einer gegenüberliegenden ersten und zweiten Seite des Mehrfach-Chip-Moduls (110) von dem gemoldeten Körper (108) unbedeckt ist, und wobei jedes Paar Kühlplatten (106) zu dem Hohlraum (200) hin frei liegend ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend ein Befestigen einer Basisplatte (122) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls (110), wobei die Basisplatte (122) das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls abdichtet.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Hohlraum (200) einen ersten Teil zwischen dem Deckel (116) und dem gemoldeten Körper (108) und einen zweiten Teil zwischen der Basisplatte (122) und dem gemoldeten Körper (108) umfasst, und wobei der gemoldeten Körper (108) einen offenen Durchgang (114) an gegenüberliegenden Enden des gemoldeten Körpers (108) aufweist, welche den ersten und den zweiten Teil des Hohlraums (200) verbinden.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Öffnung (118, 120) des Deckels (116) eine Einlassöffnung ist, welche dazu ausgelegt ist, die Flüssigkeit parallel in dem ersten und in dem zweiten Teil des Hohlraums (200) aufzunehmen, und wobei der Deckel (116) ferner eine Auslassöffnung (118, 120) an der gleichen Seite wie die Einlassöffnung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die Flüssigkeit parallel aus dem ersten und aus dem zweiten Teil des Hohlraums (200) abzugeben.
  17. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, ferner umfassend ein Befestigen eines zusätzlichen Deckels (302) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls (110), wobei der zusätzliche Deckel (302) das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls abdichtet, wobei die Öffnung (304) des Deckels (300) dazu ausgelegt ist, die Flüssigkeit seriell in dem ersten und in dem zweiten Teil des Hohlraums (200) aufzunehmen, und wobei der zusätzliche Deckel (302) eine Auslassöffnung (306) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die Flüssigkeit seriell aus dem ersten und aus dem zweiten Teil des Hohlraums (200) abzugeben.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Deckel (300) und die Basisplatte (122) jeweils Kunststoff umfassen, und wobei Befestigen des Deckels (300) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an der ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls und Befestigen der Basisplatte (122) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls (110) umfasst: Anordnen der Basisplatte (122) auf einer Stützbasis, so dass Öffnungen in der Basisplatte an entsprechenden Stiften der Stützbasis ausgerichtet sind; Anordnen des gemoldeten Körpers (108) auf der Basisplatte (122), so dass Öffnungen in dem gemoldeten Körper an den Stiften der Stützbasis ausgerichtet sind; Anordnen des Deckels (300) auf dem gemoldeten Körper (108), so dass Öffnungen in dem Deckel an den Stiften der Stützbasis ausgerichtet sind; Kunststoffschweißen des Deckels (300) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) an der ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls; und Kunststoffschweißen der Basisplatte (122) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers an der zweiten Seite (111) des Mehrfach-Chip-Moduls.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei der Deckel (300) ein Kunststoffdeckel ist und Befestigen des Deckels an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) Kunststoffschweißen des Kunststoffdeckels an dem Äußeren des gemoldeten Körpers umfasst, um das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls abzudichten und den Hohlraum (200) zwischen dem Deckel (300) und dem gemoldeten Körper (108) auszubilden.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei Befestigen des Deckels (300) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) ein Übermolden des Deckels an dem Äußeren des gemoldeten Körpers umfasst, um das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls abzudichten und den Hohlraum (200) zwischen dem Deckel und dem gemoldeten Körper auszubilden.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei Befestigen des Deckels (300) an dem Äußeren des gemoldeten Körpers (108) ein Kleben des Deckels an dem Äußeren des gemoldeten Körpers umfasst, um das Mehrfach-Chip-Modul (110) an der ersten Seite (109) des Mehrfach-Chip-Moduls abzudichten und den Hohlraum (200) zwischen dem Deckel und dem gemoldeten Körper auszubilden.
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