DE102017201545A1 - Halbleitermodul und herstellungsverfahren für ein halbleitermodul - Google Patents

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Akira Morozumi
Hiromichi GOHARA
Yoshitaka Nishimura
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Um ein Halbleitermodul mit einer integrierten Kühleinheit bereitzustellen, wird ein Halbleitermodul bereitgestellt, das umfasst: eine Kühlzielvorrichtung; eine erste Kühleinheit, auf der die Kühlzielvorrichtung angebracht ist und die einen Strömungskanal aufweist, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Kühlzielvorrichtung fließt; und eine zweite Kühleinheit, an der die erste Kühleinheit befestigt ist und die einen Strömungskanal aufweist, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist. Außerdem wird ein Halbleitermodul-Herstellungsverfahren bereitgestellt, das umfasst: Anbringen einer Kühlzielvorrichtung auf einer ersten Kühleinheit, die einen Strömungskanal aufweist, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Kühlzielvorrichtung fließt; und Befestigen der ersten Kühleinheit an einer zweiten Kühleinheit, die einen Strömungskanal aufweist, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • 1. TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitermodul und ein Halbleitermodul-Herstellungsverfahren.
  • 2. STAND DER TECHNIK
  • Herkömmlicherweise ist bereits ein Aufbau in einem Halbleitermodul bekannt, in dem eine Halbleitervorrichtung mit einem Kühler bereitgestellt wird, um die Halbleitervorrichtung zu kühlen (siehe zum Beispiel Patentschriften 1 bis 6).
    Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung Nr. 2014-096910
    Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung Nr. 2006-324647
    Patentschrift 3: Japanische Patentanmeldung Nr. 2011-210746
    Patentschrift 4: Japanische Patentanmeldung Nr. 2011-109000
    Patentschrift 5: Japanische Patentanmeldung Nr. 2012-178513
    Patentschrift 6: Japanische Patentanmeldung Nr. 2008-218940
  • Da jedoch in einem herkömmlichen Halbleitermodul eine Halbleitervorrichtung und ein Kühler unter Verwendung eines Verbundstoffs, Fett oder dergleichen verbunden werden, erhöht sich der Wärmewiderstand zwischen der Halbleitervorrichtung und dem Kühler. Da zudem der Kühler, der eine große Wärmekapazität aufweist, nach einer Harzversiegelung der Halbleitervorrichtung gelötet wird, begrenzt der Schmelzpunkt des Harzes die Bonding-Temperatur eines Lots und die Zuverlässigkeit des Bondens zwischen der Halbleitervorrichtung und dem Kühler verschlechtert sich.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleitermodul bereit, das umfasst: eine Kühlzielvorrichtung; eine erste Kühleinheit, auf der die Kühlzielvorrichtung angebracht ist und die einen Strömungskanal aufweist, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Kühlzielvorrichtung fließt; und eine zweite Kühleinheit, an der die erste Kühleinheit befestigt ist und die einen Strömungskanal aufweist, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist.
  • Das Halbleitermodul kann ferner eine Isolierschicht umfassen, die die Kühlzielvorrichtung abdeckt und die erste Kühleinheit mindestens teilweise kontaktiert.
  • Ein Volumen eines Gehäuses der ersten Kühleinheit kann kleiner als ein Volumen eines Gehäuses der zweiten Kühleinheit sein.
  • Das Halbleitermodul kann umfassen: mehrere Kühlzielvorrichtungen; und mehrere erste Kühleinheiten, auf denen jeweils mindestens eine von den mehreren Kühlzielvorrichtungen angebracht ist. Die mehreren ersten Kühleinheiten können jeweils an der zweiten Kühleinheit befestigt sein.
  • Die zweite Kühleinheit kann eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als die der ersten Kühleinheit.
  • Die zweite Kühleinheit kann Folgendes aufweisen: einen ersten Plattenabschnitt, der an der ersten Kühleinheit befestigt ist und einen Strömungskanal umfasst, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist; und einen zweiten Plattenabschnitt, der an dem ersten Plattenabschnitt befestigt ist und einem Strömungskanal umfasst, der mit dem Strömungskanal des ersten Plattenabschnitts verkoppelt ist.
  • Mindestens ein Teil des Strömungskanals des zweiten Plattenabschnitts kann aus einer Nut gebildet sein, die in dem zweiten Plattenabschnitt und einer Oberfläche der ersten Platte auf der Seite des zweiten Plattenabschnitts ausgebildet ist.
  • Die erste Kühleinheit kann einen mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit bereitgestellten Vorsprung aufweisen, wobei der Strömungskanal zur Seite der zweiten Kühleinheit vorsteht.
  • Der Vorsprung kann von der Seite der ersten Kühleinheit zum ersten Plattenabschnitt vorstehen.
  • Der Vorsprung kann den ersten Plattenabschnitt durchdringen und nach dem ersten Plattenabschnitt zur Seite des zweiten Plattenabschnitts vordringen.
  • Der Vorsprung kann im Innern des Strömungskanals der zweiten Kühleinheit einen Kopplungsabschnitt umfassen, der einen Durchmesser aufweist, der größer als ein Durchmesser des Vorsprungs ist.
  • Der erste Plattenabschnitt kann ein Material umfassen, das sich von dem des zweiten Plattenabschnitts unterscheidet.
  • Der zweite Plattenabschnitt kann aus einem Material gebildet sein, welches das gleiche wie das der ersten Kühleinheit ist
  • Der erste Plattenabschnitt kann einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, der niedriger als derjenige der ersten Kühleinheit ist.
  • Das Halbleitermodul kann ferner eine Schraube umfassen, die die zweite Kühleinheit und die erste Kühleinheit aneinander befestigt, indem sie die zweite Kühleinheit durchdringt und sich mit der ersten Kühleinheit verkoppelt.
  • Das Halbleitermodul kann ferner eine dritte Platteneinheit umfassen, die zwischen der ersten Kühleinheit und der an der ersten Kühleinheit befestigten zweiten Kühleinheit angeordnet ist und mit der zweiten Kühleinheit zusammengeschraubt ist.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Halbleitermodul-Herstellungsverfahren bereit, welches umfasst:
    Anbringen einer Kühlzielvorrichtung an einer ersten Kühleinheit, die einen Strömungskanal aufweist, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Kühlzielvorrichtung fließt; und
    Befestigen der ersten Kühleinheit an einer zweiten Kühleinheit, die einen Strömungskanal aufweist, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist.
  • Das Halbleitermodul-Herstellverfahren kann ferner das Abdecken der Kühlzielvorrichtung mit einer Isolierschicht nach dem Anbringen der Kühlzielvorrichtung an der ersten Kühleinheit umfassen.
  • Der Kurzdarstellungsabschnitt beschreibt nicht unbedingt alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Teilkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Halbleitermoduls 100 gemäß einem ersten Beispiel.
  • Die 2 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 gemäß dem ersten Beispiel.
  • Die 3 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Halbleitermoduls 500 gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel.
  • Die 4 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 500 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel.
  • Die 5 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 500 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel.
  • Die 6 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Halbleitermoduls 100 gemäß einem zweiten Beispiel.
  • Die 7 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 gemäß dem zweiten Beispiel.
  • Die 8 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Halbleitermoduls 100 gemäß einem dritten Beispiel.
  • Die 9 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 gemäß dem dritten Beispiel.
  • Die 10 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer Kühlzielvorrichtung 110 gemäß einem vierten Beispiel
  • Die 11 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der Kühlzielvorrichtung 110 gemäß einem fünften Beispiel.
  • Die 12 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der Kühlzieleinheit 110 gemäß einem sechsten Beispiel.
  • Die 13A zeigt einen beispielhaften Einlassvorsprung 22 und ein Einlassrohr 32, die miteinander verkoppelt sind.
  • Die 13B zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Kopplungsabschnitts 25.
  • Die 14 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht einer zweiten Kühleinheit 30.
  • Die 15A zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen eines Kältemittel-Strömungskanals nahe einem Bereich A in 14.
  • Die 15B zeigt das beispielhafte Verfahren des Herstellens eines Kältemittel-Strömungskanals nahe dem Bereich A in 14.
  • Die 15C zeigt das beispielhafte Verfahren des Herstellens eines Kältemittel-Strömungskanals nahe dem Bereich A in 14.
  • Die 16A zeigt das beispielhafte Verfahren des Herstellens eines Kältemittel-Strömungskanals nahe dem Bereich B in 14.
  • Die 16B zeigt das beispielhafte Verfahren des Herstellens eines Kältemittel-Strömungskanals nahe dem Bereich B in 14.
  • Die 16C zeigt das beispielhafte Verfahren des Herstellens eines Kältemittel-Strömungskanals nahe dem Bereich B in 14.
  • Die 17 zeigt ein beispielhaftes Verfahren des Verkoppelns des Halbleitermoduls 100.
  • Die 18 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls 100.
  • Die 19 zeigt eine beispielhafte Schaltung 300, die mit dem Halbleitermodul 100 gebildet wird.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird eine (werden einige) Ausführungsform(en) der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Ausführungsform(en) schränkt (schränken) die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht ein, und alle der Kombinationen der in der (den) Ausführungsform(en) beschriebenen Merkmale sind nicht notwendigerweise wesentlich für durch Aspekte der Erfindung bereitgestellte Mittel.
  • [Erstes Beispiel]
  • Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Halbleitermoduls 100 gemäß einem ersten Beispiel. Die 2 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 gemäß dem ersten Beispiel. In einer Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 werden die Ausgestaltungen einer externen Klemme und dergleichen weggelassen, um die Ansicht prägnant zu machen. Das Halbleitermodul 100 umfasst ein Kühlzielmodul 10, eine erste Kühleinheit 20 und eine zweite Kühleinheit 30. Das Kühlzielmodul 10 und die erste Kühleinheit 20 bilden eine Kühlzieleinheit 110.
  • In der vorliegenden Beschreibung sind die X-Richtung und die Y-Richtung zueinander vertikale Richtungen, und die Z-Richtung ist eine zur X-Y-Ebene vertikale Richtung. Die X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung definieren ein sogenanntes rechtshändiges System. Das Halbleitersubstrat in dem vorliegenden Beispiel weist eine Vorderflächenseite auf, die der +Z-Richtung zugewandt ist, und eine Rückflächenseite, die der –Z-Richtung zugewandt ist. „Auf” und „oberhalb” entsprechen der +Z-Richtung. Im Gegensatz dazu entsprechen „unten” und „unterhalb” der –Z-Richtung.
  • Das Kühlzielmodul 10 weist eine oder mehrere Kühlzielvorrichtungen 11 auf. Das Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel umfasst als das Kühlzielmodul 10 drei Kühlzielmodule 10a, 10b, 10c. Die Kühlzielmodule 10a, 10b, 10c weisen jeweils einen Satz von zwei Kühlzielvorrichtungen 11 auf.
  • Die Kühlzielvorrichtungen 11 sind beispielhafte Halbleiter-Chips. In einem Beispiel sind die Kühlzielvorrichtungen 11 umgekehrt leitende IGBTs (RC-IGBTs). Zum Beispiel weist das Halbleitermodul 100 drei Einheiten mit Sätzen von zwei RC-IGBTs auf und bildet dadurch einen dreiphasigen Wechselrichter mit einem Satz von sechs RC-IGBTs.
  • Das Kühlzielmodul 10 ist auf der ersten Kühleinheit 20 angebracht. Die erste Kühleinheit 20 weist eine Kühlkörpereinheit 21, einen Einlassvorsprung 22 und einen Auslassvorsprung 23 auf. Die Kühlkörpereinheit 21, der Einlassvorsprung 22 und der Auslassvorsprung 23 weisen in sich Kältemittel-Strömungskanäle auf, durch die ein Kältemittel zum Kühlen der Kühlzielmodule 10 fließt. In einem Beispiel umfasst ein Material der ersten Kühleinheit 20 mindestens eines aus den folgenden: Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen, einer Ferrolegierung, Titan und einer Titanlegierung.
  • Beispielsweise kann die erste Kühleinheit 20 gefertigt werden durch: Fertigen 20 von Bahnen von Kupferplatinen mit einer Dicke von 0,2 mm, auf denen mehrere Durchgangslöcher für Wasserkanäle durch Ätzen ausgebildet werden; und Laminieren derselben aufeinander durch Festphasen-Diffusionsbonden. Festphasen-Diffusionsbonden betrifft das Bonden durch Diffusion von Atomen in ihren Festphasenzuständen. Eine Oberflächenbehandlung mit Nickel oder dergleichen kann auf einer Vorderflächenseite der ersten Kühleinheit 20 ausgeführt werden.
  • Die Kühlkörpereinheit 21 weist in sich einen Kältemittel-Strömungskanal auf, durch den ein Kältemittel fließt. Die Kühlkörpereinheit 21 in dem vorliegenden Beispiel weist einen Kältemittel-Strömungskanal auf, durch den ein Kältemittel von der negativen X-Achsenseite zu deren positiven Seite fließt. Die Kühlkörpereinheit 21 wird mit einer Größe ausgebildet, die der Größe und Anzahl der Kühlzielmodule 10 entspricht. Die Kühlkörpereinheit 21 in dem vorliegenden Beispiel wird mit einer Größe ausgebildet, die das Anbringen von drei Kühlzielmodulen 10a, 10b, 10c darauf zulässt. Die Kühlkörpereinheit 21 wird in Kontakt mit dem Kühlzielmodul 10 bereitgestellt und kühlt die wärmeerzeugenden Kühlzielmodule 10 mit einem Kältemittel. Die Kühlkörpereinheit 21 ist beispielsweise aus Edelstahl ausgebildet.
  • Der Einlassvorsprung 22 weist einen Kältemittel-Strömungskanal auf, der mit einem einen Kältemittel-Strömungskanal der Kühlkörpereinheit 21 verkoppelt ist. Der Einlassvorsprung 22 in dem vorliegenden Beispiel ist mit dem Kältemittel-Strömungskanal auf der negativen X-Achsenseite des Kühlkörpers 21 verkoppelt. Ein Kältemittel tritt in den Einlassvorsprung 22 von der zweiten Kühleinheit 30 ein. Der Einlassvorsprung 22 ist von der Kühlkörpereinheit 21 abstehend vorgesehen. Der Einlassvorsprung 22 in dem vorliegenden Beispiel ist von der Kühlkörpereinheit 21 zur Seite der zweiten Kühleinheit 30 vorstehend vorgesehen. Die Position, an der der Einlassvorsprung 22 vorgesehen ist, wird durch das vorliegende Beispiel nicht eingeschränkt.
  • Der Auslassvorsprung 23 weist einen Kältemittel-Strömungskanal auf, der mit dem Kältemittel-Strömungskanal des Kühlkörpers 21 gekoppelt ist. Der Auslassvorsprung 23 in dem vorliegenden Beispiel ist mit dem Kältemittel-Strömungskanal auf der positiven X-Achsenseite der Kühlkörpereinheit 21 gekoppelt. Ein Kältemittel verlässt den Auslassvorsprung 23 zur zweiten Kühleinheit 30. Der Auslassvorsprung 23 ist von dem Kühlkörper 21 abstehend vorgesehen. Der Auslassvorsprung 23 in dem vorliegenden Beispiel ist von der ersten Kühleinheit 20 zur Seite der zweiten Kühleinheit 30 abstehend vorgesehen. Die Position, an der der Auslassvorsprung 23 vorgesehen ist, wird durch das vorliegende Beispiel nicht eingeschränkt.
  • Beispielsweise werden der Einlassvorsprung 22 und der Auslassvorsprung 23 zum Positionieren der ersten Kühleinheit 20 und der zweiten Kühleinheit 30 verwendet, wenn die erste Kühleinheit 20 an der zweiten Kühleinheit 30 befestigt wird. Zudem verkoppeln der Einlassvorsprung 22 und der Auslassvorsprung 23 den Kältemittel-Strömungskanal der ersten Kühleinheit 20 und den Kältemittel-Strömungskanal der zweiten Kühleinheit 30 und verhindern eine Leckage eines Kältemittels.
  • Eine oder mehrere erste Kühleinheiten 20 sind an der zweiten Kühleinheit 30 befestigt. Die zweite Kühleinheit 30 umfasst ein Kühlergehäuse 31, ein Einlassrohr 32 und ein Auslassrohr 33. Die zweite Kühleinheit 30 weist einen Kältemittel-Strömungskanal auf, durch den ein Kältemittel zum Kühlen des Kühlzielmoduls 10 fließt. Die zweite Kühleinheit 30 ist mit dem Kältemittel-Strömungskanal des Kühlkörpers 21 über die Kältemittel-Strömungskanäle des Einlassvorsprungs 22 und des Auslassvorsprungs 23 verkoppelt. In einem Beispiel umfasst ein Material der zweiten Kühleinheit 30 mindestens eines aus den Folgenden: Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Eisen, einer Ferrolegierung, Titan, einer Titanlegierung und einem Verbundmaterial aus Aluminium und Siliziumkarbid.
  • Zudem kann die zweite Kühleinheit 30 eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die der ersten Kühleinheit 20 aufweisen. Dadurch kann ein Einfluss einer Wärmequelle auf das Kühlzielmodul 10 auf der hinteren Seite der zweiten Kühleinheit 30 unterdrückt werden. Die zweite Kühleinheit 30 ist beispielsweise aus Harz ausgebildet.
  • Das Kühlergehäuse 31 weist einen Hohlraum auf, der der Form der ersten Kühleinheit 20 entspricht, sodass die erste Kühleinheit 20 fest darauf angebracht werden kann. Mehrere erste Kühleinheiten 20 können fest auf dem Kühlergehäuse 31 angebracht werden. In einem Beispiel weist das Kühlergehäuse 31 Hohlräume auf, die den jeweiligen Formen der Kältekörpereinheit 21, dem Einlassvorsprung 22 und dem Auslassvorsprung 23 entsprechen. Dadurch legt das Kühlergehäuse 31 die Kühlkörpereinheit 21, den Einlassvorsprung 22 und den Auslassvorsprung 23 fest und verkoppelt deren Kältemittel-Strömungskanale miteinander. Das Kühlergehäuse 31 ist ein beispielhafter Wassermantel.
  • Das Einlassrohr 32 ist mit einem außerhalb der zweiten Kühleinheit 30 bereitgestellten Kältemittel-Strömungskanal verkoppelt. Das Einlassrohr 32 ist entsprechend dem Einlassvorsprung 22 bereitgestellt. Das Einlassrohr 32 in dem vorliegenden Beispiel ist mit dem Einlassvorsprung 22 auf der negativen X-Achsenseite des Kühlergehäuses 31 verkoppelt. Ein Kältemittel wird veranlasst, von außen in das Einlassrohr 32 einzutreten.
  • Das Auslassrohr 33 ist mit einem außerhalb der zweiten Kühleinheit 30 bereitgestellten Kältemittel-Strömungskanal verkoppelt. Das Auslassrohr 33 ist entsprechend dem Auslassvorsprung 23 bereitgestellt. Das Auslassrohr 33 in dem vorliegenden Beispiel ist mit dem Auslassvorsprung 23 auf der positiven X-Achsenseite des Kühlergehäuses 31 verkoppelt. Ein Kältemittel, das veranlasst wurde, von der ersten Kühleinheit 20 in die zweite Kühleinheit 30 einzutreten, tritt aus dem Auslassrohr 33 aus. Das Einlassrohr 32 und das Auslassrohr 33 können mit einer Radiatorpumpe verbunden sein.
  • In der oben erwähnten Weise kühlt das Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel die drei Kühlzielmodule 10a, 10b, 10c, indem ein Kältemittel durch die Kältemittel-Strömungskanäle fließt. Obwohl in dem Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel das Kühlzielmodul 10 oberhalb der ersten Kühleinheit 20 und der zweiten Kühleinheit 30 bereitgestellt wird, kann das Kühlzielmodul 10 unterhalb der ersten Kühleinheit 20 und der zweiten Kühleinheit 30 bereitgestellt werden.
  • [Erstes Vergleichsbeispiel]
  • 3 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Halbleitermoduls 500 gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel. Die 4 zeigt eine beispielhafte Ansicht des Halbleitermoduls 500 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel.
  • Das Halbleitermodul 500 umfasst ein Kühlzielmodul 510, eine rückflächenseitige Kupferleiterplatte 522 und einen Kühler 540. Das Halbleitermodul 500 umfasst als das Kühlzielmodul 510 drei Kühlzielmodule 510a, 510b, 510c.
  • Die Kühlzielmodule 510a, 510b, 510c weisen jeweils einen Satz von zwei Kühlzielvorrichtungen 511 auf. Die Kühlzielvorrichtungen 511 in dem vorliegenden Beispiel sind RC-IGBT-Chips. Die rückflächenseitige Kupferleiterplatte 522 ist unterhalb des Kühlzielmoduls 510 angebracht. Die Kühlzielmodule 510a, 510b, 510c sind an den Kühler 540 über rückflächenseitige Kupferleiterplatten 522a, 522b beziehungsweise 522 angelötet.
  • Die 5 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 500 gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel. Die Figur zeigt eine spezifischere Ausgestaltung des Halbleitermoduls 500.
  • Die Kühlzielvorrichtung 511 ist auf einem Keramiksubstrat 530 über eine vorderflächenseitige Kupferleiterplatte 520 angebracht. Die Kühlzielevorrichtung 511 ist mit der vorderflächenseitigen Kupferleiterplatte 520 durch Kupfer-Pin-Klemmen 560 elektrisch verbunden. Das Halbleitermodul 500 kühlt die auf dem Keramiksubstrat 530 ausgebildete Kühlzielvorrichtung 511, indem ein Kältemittel durch in dem Kühler 540 ausgebildete Kältemittel-Strömungskanäle fließt. Die Kühlzielvorrichtung 511 wird durch einen Harzabschnitt 550 bedeckt und ist mit der Außenseite durch externe Klemmen 570 elektrisch verbunden.
  • In einem Herstellungsprozess des Halbleitermoduls 500 wird die rückflächenseitige Kupferleiterplatte 522 an dem Kühlzielmodul 510 angebracht, wie in 4 gezeigt, und dann wird die rückflächenseitige Kupferleiterplatte 522 an den Kühler 540 gelötet. Da es jedoch zum Zeitpunkt des Bondens durch Verlöten der rückflächenseitigen Kupferleiterplatte 522 notwendig ist, den Kühler 540, der eine hohe Wärmekapazität aufweist, auf Schmelztemperatur (des Lötens) oder höher zu erwärmen (beispielsweise ungefähr 250 bis 350°C), dauert das Löten länger und die Produktionseffizienz verringert sich in einigen Fällen. Wärmeabstrahlendes Fett oder dergleichen kann möglicherweise für das Bonden zwischen der rückflächenseitigen Leiterplatte 522 und dem Kühler 540 verwendet werden, und in diesem Fall erhöht sich der Wärmewiderstand, da die Wärmeleitfähigkeit des wärmeabstrahlenden Fetts oder dergleichen niedriger als die von Metall ist.
  • Zudem wird in einem Herstellungsprozess des Halbleitermoduls 500 der Harzabschnitt 550 ausgebildet, um die Kühlzielvorrichtung 511 abzudecken, und dann wird die rückflächenseitige Kupferleiterplatte 522 an den Kühler 540 gelötet. Folglich wird die Temperatur, bei der sie an den Kühler 540 angelötet wird, durch die Wärmewiderstandstemperatur oder die Glasübergangstemperatur des Harzabschnitts 550 begrenzt. Wenn die Löttemperatur durch den Schmelzpunkt des Harzabschnitts 550 begrenzt wird, kann eine ausreichende Temperatur, die zum Löten notwendig ist, nicht erreicht werden. Zudem ist ein Lötmaterial beträchtlich eingeschränkt und die Zuverlässigkeit verringert sich, wenn ein Lötmaterial mit einem niedrigen Schmelzpunkt verwendet wird. Wenn die Haftung zwischen dem Harzabschnitt 550 und dem Kühler 540 unzureichend wird, wird ein grenzflächenseitiges Ablösen oder eine Verschlechterung des Lötverbindungsabschnitts bemerkbar, sodass die Zuverlässigkeit des Halbleitermoduls 500 in einigen Fällen geringer wird.
  • Wenn des Weiteren das Löten mit einem Fließmittel ausgeführt wird, dann wird es notwendig, das Halbleitermodul 500, an dem der Kühler 540, der ein großes Volumen aufweist, zu waschen und die Produktionseffizienz verringert sich. Auf diese Weise verursacht ein Herstellungsschritt des Halbleitermoduls 500 in einigen Fällen eine Verringerung des Ertrags und eine Erhöhung der Montagekosten.
  • [Zweites Beispiel]
  • Die 6 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Halbleitermoduls 100 gemäß einem zweiten Beispiel.
  • Die 7 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 gemäß dem zweiten Beispiel. In der Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 sind die Ausgestaltungen einer externen Klemme und dergleichen weggelassen, um die Ansicht prägnant zu machen. In dem Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel unterscheiden sich die Strukturen der ersten Kühleinheit 20 und der zweiten Kühleinheit 30 von denen des Halbleitermoduls 100 gemäß dem ersten Beispiel. Im vorliegenden Beispiel werden insbesondere die Unterschiede zum ersten Beispiel erklärt.
  • Die erste Kühleinheit 20 umfasst einen Kältemittel-Strömungskanal, durch den ein Kältemittel in Richtung der positiven X-Achsenseite und einen Kältemittel-Strömungskanal, durch den ein Kältemittel in der Richtung der negativen X-Achsenseite fließt. Die erste Kühleinheit 20 in dem vorliegenden Beispiel umfasst den Einlassvorsprung 22 und den Auslassvorsprung 23 auf der negativen X-Achsenseite in dem Kühlkörper 21. Die erste Kühleinheit 20 weist einen Kältemittel-Strömungskanal auf, durch den ein Kältemittel in der positiven X-Achsenrichtung fließt, wobei der Kältemittel-Strömungskanal auf einer Seite bereitgestellt wird, um das Kühlzielmodul 10 zu kontaktieren, und die kühlt erste Kühleinheit 20. Die drei Kühlzielmodule 10a, 10b, 10c sind oberhalb der ersten Kühleinheit 20 angebracht.
  • Die zweite Kühleinheit 30 weist das Einlassrohr 32 und das Auslassrohr 33 an einem Endabschnitt auf der negativen X-Achsenseite in dem Kühlergehäuse 31 auf. Das Einlassrohr 32 ist mit dem Einlassvorsprung 22 über einen Kältemittel-Strömungskanal des Kühlergehäuses 31 verbunden. Zudem ist das Auslassrohr 33 mit dem Auslassvorsprung 23 über den Kältemittel-Strömungskanal des Kühlergehäuses 31 verbunden.
  • [Drittes Beispiel]
  • Die 8 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung des Halbleitermoduls 100 gemäß einem dritten Beispiel.
  • Die 9 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 gemäß dem dritten Beispiel. In der Schnittansicht des Halbleitermoduls 100 sind die Ausgestaltungen einer externen Klemme und dergleichen weggelassen, um die Ansicht prägnant zu machen. Das Halbleitermodul 100 umfasst die drei Kühlzielmodule 10a, 10b, 10c.
  • Die ersten Kühleinheiten 20 umfassen eine erste Kühleinheit 20a, eine erste Kühleinheit 20b und eine erste Kühleinheit 20c. Die Anzahl von ersten Kühleinheiten 20 kann abhängig von der Anzahl der Kühlzielmodule 10 wie angemessen geändert werden. Die ersten Kühleinheiten 20a, 20b, 20c haben jeweils ein Volumen, das kleiner als das der zweiten Kühleinheit 30 ist. Mit anderen Worten, da die ersten Kühleinheiten 20a, 20b, 20c Wärmekapazitäten aufweisen, die im Vergleich zur zweiten Kühleinheit 30 niedriger sind, findet die Erwärmung im Vergleich zur zweiten Kühleinheit 30 in einer kürzeren Zeit statt. Da zudem die ersten Kühleinheiten 20a, 20b, 20c jeweils ein kleines Volumen aufweisen, sind sie einfach abwaschbar, wenn ein Fließmittel verwendet wird. Auf diese Weise werden die ersten Kühleinheiten mühelos handhabbar, da sie entsprechend dem Kühlzielmodul 10 separat voneinander hergestellt werden.
  • Das Kühlzielmodul 10a ist auf der ersten Kühleinheit 20a angebracht. Die erste Kühleinheit 20a umfasst eine Kühlkörpereinheit 21a, einen Einlassvorsprung 22a und einen Auslassvorsprung 23a. Die erste Kühleinheit 20a und das Kühlzielmodul 10a werden aneinandergehaftet, bevor sie auf der zweiten Kühleinheit 30 angebracht werden.
  • Das Kühlzielmodul 10b ist auf der ersten Kühleinheit 20b angebracht. Die erste Kühleinheit 20b umfasst eine Kühlkörpereinheit 21b, einen Einlassvorsprung 22b und einen Auslassvorsprung 23b. Die erste Kühleinheit 20b und das Kühlzielmodul 10b werden aneinandergehaftet, bevor sie auf der zweiten Kühleinheit 30 angebracht werden.
  • Das Kühlzielmodul 10c ist auf der ersten Kühleinheit 20c angebracht. Die erste Kühleinheit 20c umfasst eine Kühlkörpereinheit 21c, einen Einlassvorsprung 22c und einen Auslassvorsprung 23c. Die erste Kühleinheit 20c und das Kühlzielmodul 10c werden aneinandergehaftet, bevor sie auf der zweiten Kühleinheit 30 angebracht werden.
  • Auf die oben erwähnte Weise wird die erste Kühleinheit 20 in dem vorliegenden Beispiel an das Kühlzielmodul 10 gehaftet, bevor es auf der zweiten Kühleinheit 30 angebracht wird. Zudem ist das Volumen der ersten Kühleinheit 20 kleiner als das der zweiten Kühleinheit 30. Folglich wird das Kühlzielmodul 10 in einer kurzen Zeit an die erste Kühleinheit 20 angehaftet. Zudem kann die erste Kühleinheit 20 in dem vorliegenden Beispiel noch leichter verlötet werden, das sie entsprechend den Kühlzielmodulen 10a, 10b, 10c die drei ersten Kühleinheiten 20a, 20b, 20c aufweist.
  • In dem Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel kehrt ein Kältemittel, das das Kühlzielmodul 10a passiert hat, zur zweiten Kühleinheit 30 zurück und wird von ihr gekühlt, und das gekühlte Kältemittel passiert das Kühlzielmodul 10b. Zudem kehrt das Kältemittel, das das Kühlzielmodul 10b passiert hat, zur zweiten Kühleinheit 30 zurück und wird von ihr gekühlt, und das gekühlte Kältemittel passiert das Kühlzielmodul 10c. Dadurch kann das Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel die Kühlzielmodule 10a, 10b, 10c gleichmäßig kühlen.
  • [Viertes Beispiel]
  • Die 10 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer Kühlzieleinheit 110 gemäß einem vierten Beispiel. Die Kühlzieleinheit 110 wird mit dem Kühlzielmodul 10 und der ersten Kühleinheit 20 gebildet. Das Kühlzielmodul 10 in dem vorliegenden Beispiel umfasst eine Kühlzielvorrichtung 11, ein Substrat 40 eine vorderflächenseitige Leiterplatte 42, eine rückflächenseitige Leiterplatte 44, Pin-Klemmen 46 eine Isolierschicht 50 und externe Klemmen 70.
  • Die Kühlzieleinheit 110 ist eine beispielhafte Halbleitervorrichtung mit einem eingebauten Kühlkörper. Die Kühlzieleinheit 110 ist an einem Kühlergehäuse 31 der zweiten Kühleinheit 30 befestigt. Beispielsweise ist die Kühlzieleinheit 110 an dem Kühlergehäuse 31 durch mehrere Schrauben befestigt.
  • Das Substrat 40 weist die auf seiner positiven Z-Achsenseite ausgebildete vorderflächenseitige Leiterplatte 42 auf. Das Substrat 40 in dem vorliegenden Beispiel weist die auf seiner negativen Z-Achsenseite ausgebildete rückflächenseitige Leiterplatte 44 auf. In einem Beispiel ist ein Material des Substrats 40 eine Keramik, die mindestens ein beliebiges aus Aluminium, Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid umfasst. Das Substrat 40 in dem vorliegenden Beispiel ist aus einer Siliziumnitrid-Keramik gebildet. Die Dicke des Substrats 40 ist beispielsweise 0,32 mm.
  • Die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 ist eine Kupferschaltung mit einem vorbestimmten Muster. Die Dicke der vorderflächenseitigen Leiterplatte 42 ist beispielsweise 0,4 mm. Die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 ist mit der Kühlzielvorrichtung 11 und den externen Klemmen 70 elektrisch verbunden. In einem Beispiel ist die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 aus Kupfer, Aluminium oder einem Verbund aus diesen ausgebildet. Zudem kann eine Oberflächenbehandlung mit Nickel oder dergleichen auf einer Vorderfläche der vorderflächenseitigen Leiterplatte 42 ausgeführt werden.
  • Die rückflächenseitige Leiterplatte 44 ist eine Kupferschaltung mit einem vorbestimmten Muster. Die Dicke der rückflächenseitigen Leiterplatte 44 ist beispielsweise 0,4 mm. Die rückflächenseitige Leiterplatte 44 haftet an der Kühlkörpereinheit 21 der ersten Kühleinheit 20. In einem Beispiel haftet die rückflächenseitige Leiterplatte 44 an der Kühlkörpereinheit 21 durch Festphasen-Diffusionsbonden. Zudem kann die rückflächenseitige Leiterplatte 44 außer durch Festphasen-Diffusionsbonden durch Hartlöten, einem organischen Klebstoff oder dergleichen angehaftet werden. In einem Beispiel ist die rückflächenseitige Leiterplatte 44 aus Kupfer, Aluminium oder einem Verbund aus diesen ausgebildet.
  • Die Kühlzielvorrichtung 11 kann gelötet, hartgelötet oder durch Festphasendiffusion auf der vorderflächenseitigen Leiterplatte 42 gebondet werden. Zudem ist eine vorderflächenseitige Elektrode der Kühlzielvorrichtung 11 mit der vorderflächenseitigen Leiterplatte 42 durch die Pin-Klemmen 46 elektrisch verbunden.
  • Die Isolierschicht 50 versiegelt die auf der Kühlkörpereinheit 21 montierte Kühlzielvorrichtung 11. Die Isolierschicht 50 kann Harz sein. Die Isolierschicht 50 in dem vorliegenden Beispiel versiegelt die Kühlzielvorrichtung 11, nachdem die rückflächenseitige Leiterplatte 44 auf der Wärmekörpereinheit 21 angehaftet wird. Zumindest ein Teil der Isolierschicht 50 ist mit der Kühlkörpereinheit 21 verbunden.
  • Um hierbei eine hervorragende Wärmeabstrahleigenschaft zu erzielen, wird das Halbleitermodul 100 vorzugsweise durch Festphasen-Diffusionsbonden, Löten oder dergleichen derart angehaftet, dass der Wärmewiderstand zwischen der rückflächenseitigen Leiterplatte 44 und der Kühlkörpereinheit 21 niedrig wird. In der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel werden, vor dem Anbringen an der zweiten Kühleinheit 30, die rückflächenseitige Leiterplatte 44 und die Kühlkörpereinheit 21 aneinandergehaftet. Mit anderen Worten, in einem Herstellungsprozess der Halbleitermodule 100 in dem vorliegenden Beispiel ist ein Prozess, wie das Festphasen-Diffusionsbonden oder das Löten unnötig, nachdem die Isolierschicht 50 ausgebildet ist. Folglich werden Temperaturen dieser Prozesse niemals durch den Schmelzpunkt der Isolierschicht 50 begrenzt.
  • Um beispielsweise die Haftung zwischen der Isolierschicht 50 und der Kühlkörpereinheit 21 starr zu machen, wird eine Oberfläche zum Kontaktieren der Isolierschicht 50 der Kühlkörpereinheit 21 zum Zeitpunkt der Harzversiegelung unter Verwendung der Isolierschicht 50 aufgeraut. Aufrauverfahren umfassen Sandstrahlen, Ausbilden von Unregelmäßigkeiten durch Pressen, oder dergleichen.
  • In der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel haften die Kühlkörpereinheit 21 und die rückflächenseitige Leiterplatte 44 durch Festphasen-Diffusionsbonden aneinander. Folglich stellt die Kühlzieleinheit 110 eine hervorragende hohe Wärmeabstrahlleistung bereit und ihre Größe kann weiter reduziert werden. Da zudem in der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel die Kühlkörpereinheit 21 und die rückflächenseitige Leiterplatte 44 aneinanderhaften und dann durch die Isolierschicht 50 versiegelt werden, ist ein Anhaftungsprozess, wie Löt-Bonden, zwischen der Kühlkörpereinheit 21 und der rückflächenseitigen Leiterplatte 44 nach dem Versiegeln unnötig. Da zudem in der Kühlzieleinheit 110 die Isolierschicht 50 und die Kühlkörpereinheit 21 starr aneinanderhaften können, besticht sie durch die Wärmeabstrahlungseigenschaft und durch Zuverlässigkeit.
  • Zudem umfasst die Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel einen lötgebondeten Abschnitt. Beispielsweise sind in der Kühlzieleinheit 110 die Kühlzielvorrichtung 11 und das Substrat 40, die Kühlzielvorrichtung 11 und die Pin-Klemmen 46, und die externen Klemmen 70 und die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 durch Löt-Bonden elektrisch miteinander verbunden. Das heißt, das Löt-Bonden zwischen ihnen wird ausgeführt, bevor die Isolierschicht 50 ausgebildet wird. Daher wird die Löt-Bonding-Temperatur nicht durch den Schmelzpunkt der Isolierschicht 50 begrenzt.
  • [Fünftes Beispiel]
  • Die 11 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der Kühlzieleinheit 110 gemäß einem fünften Beispiel. Die Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel hat eine Leiterplatte nur auf einer Seite des Substrats 40, auf der die Kühlzielvorrichtung 11 ausgebildet ist. Mit anderen Worten, die Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel weist die vorderflächenseitige Leiterplatte 42, jedoch nicht die rückflächenseitige Leiterplatte 44 auf.
  • Das Substrat 40 haftet an der Kühlkörpereinheit 21 durch Festkörper-Diffusionsbonden. Ein Verfahren zum Anhaften des Substrats 40 und der verwendeten Kühlkörpereinheit 21, außer dem Festphasen-Diffusionsbonden, ist das Hartlöten, ein organischer Klebstoff oder dergleichen. Die Dicke des Substrats 40 in dem vorliegenden Beispiel beträgt 0,635 mm, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Hierbei hat das Substrat 40, wenn eine Aluminiumnitrid-Keramik verwendet wird, eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 180 W/m·K und hat eine hervorragende Wärmeabstrahleigenschaft. Da jedoch, wenn eine Aluminiumnitrid-Keramik verwendet wird, das Substrat 40 eine schwache mechanische Festigkeit hat, wenn es an der Kühlkörpereinheit 21 aus Kupfer anhaftet, kann die Keramik aufgrund der durch einen Unterschied im Wärmeausdehnungsgrad von Kupfer und Aluminiumnitrid erzeugten Wärmespannung in einigen Fällen brechen. Da in der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel ein Edelstahl mit einem niedrigen Wärmeausdehnungsgrad an einer Keramik durch Festphasen-Diffusionsbonden angehaftet wird, wird eine Wärmespannung reduziert und die Wahrscheinlichkeit des Brechens der Keramik ist geringer.
  • Die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 ist eine Kupferleitplatte mit einem vorbestimmten Muster. Die Dicke der vorderflächenseitigen Leiterplatte 42 beträgt beispielsweise 0,4 mm. Die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 ist mit der Kühlzielvorrichtung 11 und den externen Klemmen 70 elektrisch verbunden. In einem Beispiel ist die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 aus Kupfer, Aluminium oder einem Verbund aus diesen ausgebildet. Zudem kann eine Oberflächenbehandlung mit Nickel oder dergleichen auf einer Vorderfläche der vorderflächenseitigen Leiterplatte 42 ausgeführt werden. Die Kühlzielvorrichtung 11 ist auf die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 aufgelötet.
  • Ein Leiterrahmen 48 verbindet eine vorderflächenseitige Elektrode der Kühlzielvorrichtung 11 und die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 elektrisch. Der Leiterrahmen 48 kann aus Kupfer gebildet sein.
  • Die Isolierschicht 50 ist ausgebildet, um Räume um die Kühlzielvorrichtung 11, das Substrat 40, die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 und den Leiterrahmen 48 herum abzudecken. Zumindest ein Teil der Isolierschicht 50 auf einer Seite, auf der die Kühlzielvorrichtung 11 ausgebildet ist, ist mit der Kühlkörpereinheit 21 verbunden.
  • Eine Oberfläche der Kühlkörpereinheit 21, die an der Isolierschicht 50 haftet, ist beispielsweise aufgeraut. Dadurch kann die Kühlkörpereinheit 21 die Haftung zwischen der Isolierschicht 50 und der Kühlkörpereinheit 21 starr machen. In einem Beispiel wird die Oberfläche der Kühlkörpereinheit 21, die an der Isolierschicht 50 haftet, durch einen Formgebungsprozess von Unregelmäßigkeiten, wie Sandstrahlen oder Pressen oder dergleichen aufgeraut.
  • Die externen Klemmen 70 sind mit der vorderflächenseitigen Leiterplatte 42 elektrisch verbunden. Mindestens ein Teil der externen Klemmen 70 ist an der Außenseite der Isolierschicht 50 freigelegt, damit die externen Klemmen 70 mit der Außenseite der Kühlzieleinheit 110 elektrisch verbunden werden können.
  • In der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel sind die Kühlkörpereinheit 21 und das Substrat 40 durch Festphasen-Diffusionsbonden aneinandergehaftet. Folglich stellt die Kühlzieleinheit 110 eine hervorragende hohe Wärmeausstrahlungsleistung bereit und ihre Größe kann weiter reduziert werden. Da zudem in der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel die Kühlkörpereinheit 21 und das Substrat 40 aneinanderhaften und dann durch die Isolierschicht 50 versiegelt wird, ist ein Anhaftungsprozess, wie Löt-Bonden, zwischen der Kühlkörpereinheit 21 und dem Substrat 40 nach dem Versiegeln unnötig. Da zudem in der Kühlzieleinheit 110 die Isolierschicht 50 und die Kühlkörpereinheit 21 starr aneinanderhaften können, besticht sie durch die Wärmeabstrahlungseigenschaft und durch Zuverlässigkeit.
  • Die Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel umfasst außerdem einen lötgebondeten Abschnitt. Beispielsweise sind in der Kühlzieleinheit 110 die Kühlzielvorrichtung 11 und das Substrat 40, die Kühlzielvorrichtung 11 und der Leiterrahmen 48, und die externen Klemmen 70 und die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 durch Löt-Bonden elektrisch miteinander verbunden. Das heißt, Löt-Bonden zwischen ihnen wird ausgeführt, bevor die Isolierschicht 50 ausgebildet wird. Daher wird die Löt-Bonding-Temperatur nicht auf den Schmelzpunkt der Isolierschicht 50 begrenzt.
  • [Sechstes Beispiel]
  • Die 12 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung der Kühlzieleinheit 110 gemäß einem sechsten Beispiel. In dem vorliegenden Beispiel werden insbesondere die Unterschiede zu dem vierten Beispiel erklärt. Die Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel weist Leitungen 49 und ein Harzgehäuse 54 auf.
  • Die Leitungen 49 verbinden die Kühlzielvorrichtung 11 und die vorderflächenseitige Leiterplatte 42. Die Leitungen 49 in dem vorliegenden Beispiel sind aus Aluminium ausgebildete Aluminiumleitungen.
  • Das Harzgehäuse 54 ist auf der Kühlkörpereinheit 21 bereitgestellt. Das Harzgehäuse 54 ist derart umspritzt, dass die externen Klemmen 70 an der Außenseite freigelegt sind. Das Harzgehäuse 54 versiegelt in sich eine Gelschicht 52. Nach dem Versiegeln der Gelschicht 52 ist ein oberer Öffnungsabschnitt des Harzgehäuses 54 durch einen Deckel 56 verschlossen und das Innere des Harzgehäuses 54 ist dicht versiegelt.
  • In der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel haften die Kühlkörpereinheit 21 und die rückflächenseitige Leiterplatte 44 durch Festphasen-Diffusionsbonden aneinander. Folglich stellt die Kühlzieleinheit 110 eine hervorragende hohe Wärmeabstrahlleistung bereit und ihre Größe kann weiter reduziert werden. Da zudem in der Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel die Kühlkörpereinheit 21 und die rückflächenseitige Leiterplatte 44 aneinanderhaften und dann durch die Isolierschicht 50 versiegelt werden, ist ein Anhaftungsprozess, wie Löt-Bonden, zwischen der Kühlkörpereinheit 21 und der rückflächenseitigen Leiterplatte 44 nach dem Versiegeln unnötig. Da zudem in der Kühlzieleinheit 110 die Isolierschicht 50 und die Kühlkörpereinheit 21 starr aneinanderhaften können, besticht sie durch die Wärmeabstrahlungseigenschaft und durch Zuverlässigkeit.
  • Zudem umfasst die Kühlzieleinheit 110 in dem vorliegenden Beispiel einen lötgebondeten Abschnitt. Beispielsweise sind in der Kühlzieleinheit 110 die Kühlzielvorrichtung 11 und das Substrat 40, und die externen Klemmen 70 und die vorderflächenseitige Leiterplatte 42 durch Löt-Bonden elektrisch miteinander verbunden. Das heißt, das Löt-Bonden zwischen ihnen wird ausgeführt, bevor die Isolierschicht 50 ausgebildet wird. Daher wird die Löt-Bonding-Temperatur nicht durch den Schmelzpunkt der Isolierschicht 50 begrenzt.
  • Die 13A zeigt einen beispielhaften Einlassvorsprung 22 und ein Einlassrohr 32, die miteinander verkoppelt sind. Die erste Kühleinheit 20 ist an dem Einlassrohr 32 der zweiten Kühleinheit 30 durch mindestens einen Schritt von einem Verpressungsschritt, einem Schweißschritt und einem Reibschlussschritt befestigt. Zudem kann die erste Kühleinheit 20 an dem Einlassrohr 32 durch eine Kombination von zwei oder mehreren von einem Verpressungsschritt, einem Schweißschritt und einem Reibschlussschritt befestigt werden. Obwohl ein Fall, in dem der Einlassvorsprung 22 mit dem Einlassrohr 32 verkoppelt ist, in dem vorliegenden Beispiel erklärt wird, kann der Auslassvorsprung 23 auch durch einen ähnlichen Schritt mit dem Auslassrohr 33 verkoppelt werden.
  • Der Einlassvorsprung 22 ist in einen Kältemittel-Strömungskanal des Einlassrohrs 32 eingesetzt. Ein Kältemittel-Strömungskanal der ersten Kühleinheit 20 weist einen Durchmesser auf, der kleiner als der Kältemittel-Strömungskanal des Einlassrohrs 32 ist.
  • In einem Verpressungsschritt wird der Einlassvorsprung 22 in einen beliebigen Bereich des Einlassrohrs 32 gepresst. Der Einlassvorsprung 22 in dem vorliegenden Beispiel wird an einem Bereich nahe dem Zentrum des vorstehenden Einlassrohrs 32 eingepresst. Der Einlassvorsprung 22 und das Einlassrohr 32 in dem vorliegenden Beispiel sind durch einen Verpressungsschritt ausgebildete beispielhafte verpresste Abschnitte.
  • In einem Schweißschritt wird der Einlassvorsprung 22 mit dem Einlassrohr 32 an einem Schweißabschnitt W zusammengeschweißt. Der geschweißte Abschnitt W in dem vorliegenden Beispiel ist einem Endabschnitt des Einlassvorsprungs 22 und einem Endabschnitt des Einlassrohrs 32 vorgesehen. Dadurch haftet der Einlassvorsprung 22 luftdicht in dem Einlassrohr 32.
  • Die 13B zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Kopplungsabschnitts 25. Durch einen Reibschlussschritt wird die erste Kühleinheit 20 an dem Einlassrohr 32 der zweiten Kühleinheit 30 befestigt. Obwohl in dem vorliegenden Beispiel ein Fall erklärt wird, in dem der Einlassvorsprung 22 mit dem Einlassrohr 32 verkoppelt wird, kann der Auslassvorsprung 23 auch mit dem Auslassrohr 33 durch einen ähnlichen Schritt verkoppelt werden.
  • In einem Reibschlussschritt wird der Kopplungsabschnitt 25 in dem Einlassvorsprung 22 und dem Einlassrohr 32 ausgebildet. Der Kopplungsabschnitt 25 ist ein Bereich, der sich im Innern eines Strömungskanals des Einlassrohrs 32 befindet und einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des Einlassvorsprungs 22 ist. Der Einlassvorsprung 22 und das Einlassrohr 32 werden durch Reibschluss mit dem Kältemittel-Strömungskanal des Einlassvorsprungs 22 unter Verwendung einer Montagevorrichtung 60 verbunden. Dadurch werden der Einlassvorsprung 22 und das Einlassrohr 32 entsprechend der Form der Montagevorrichtung 60 zusammengedrückt und luftdicht aneinandergehaftet. Die Montagevorrichtung 60 in dem vorliegenden Beispiel weist einen ungefähr konischen Führungsendabschnitt auf, dessen Querschnitt ungefähr dreieckig ist. Dadurch weist der Einlassvorsprung 22 in dem vorliegenden Beispiel einen darin ausgebildeten keilförmigen Bereich auf. Die Montagevorrichtung 60 kann durch den Kältemittel-Strömungskanal der zweiten Kühleinheit 30 eingeführt werden. Der Einlassvorsprung 22 kann an beiden Enden des Einlassrohrs 32 verpresst werden. Zudem kann ein Endabschnitt des Einlassvorsprungs 22 an dem Schweißabschnitt W verschweißt werden, an dem er mit einem Endabschnitt des Einlassrohrs 32 verschweißt ist.
  • Die 14 zeigt eine beispielhafte Querschnittsansicht der zweiten Kühleinheit 30. Die zweite Kühleinheit 30 in dem vorliegenden Beispiel weist eine Form auf, die dieselbe wie die Form der zweiten Kühleinheit 30 gemäß dem dritten Beispiel ist. Die zweite Kühleinheit 30 weist einen Bereich A und einen Bereich B auf. Der Bereich A weist einen Kältemittel-Strömungskanal auf, der so ausgebildet ist, dass er den Bereich A in der Z-Achsenrichtung durchdringt. Außerdem weist der Bereich B einen U-förmigen Kältemittel-Strömungskanal auf, der so ausgebildet ist, dass er nicht in der Z-Achsenrichtung durchdringt.
  • Die 15A, 15B und 15C zeigen ein beispielhaftes Verfahren des Herstellens eines Kältemittel-Strömungskanals in der Nähe des Bereichs A in 14.
  • Die 15A zeigt einen Zustand vor der Kühlzieleinheit 110; der erste Plattenabschnitt 34 und der zweite Plattenabschnitt 35 sind miteinander verkoppelt. Der Einlassvorsprung 22 der Kühlzieleinheit 110 ist entsprechend den Kältemittel-Strömungskanälen des ersten Plattenabschnitts 34 und des zweiten Plattenabschnitts 35 bereitgestellt.
  • Der erste Plattenabschnitt 34 ist an der ersten Kühleinheit 20 befestigt und weist den Strömungskanal auf, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit 20 verkoppelt ist. In einem Beispiel weist der erste Plattenabschnitt 34 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der niedriger als der der ersten Kühleinheit 20 ist. Der erste Plattenabschnitt 34 ist aus einem Material gebildet, das leicht zu verarbeiten ist, wie etwa Aluminium.
  • Der erste Plattenabschnitt 34 ist am zweiten Plattenabschnitt 35 befestigt und der zweite Plattenabschnitt 35 weist den Strömungskanal auf, der mit dem Strömungskanal des ersten Plattenabschnitts 34 verkoppelt ist. Der zweite Plattenabschnitt 35 kann aus einem Material ausgebildet sein, das sich von dem des ersten Plattenabschnitts 34 unterscheidet. Außerdem kann der zweite Plattenabschnitt 35 aus einem Material ausgebildet werden, das dasselbe wie das der ersten Kühleinheit 20 ist. Beispielsweise enthält der Plattenabschnitt 35 mindestens ein Material aus den folgenden: Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen und einer Ferrolegierung.
  • Der Einlassvorsprung 22 ist so ausgebildet, dass er mit einem unteren Endabschnitt des ersten Plattenabschnitts 34 in der zweiten Kühleinheit 30 fluchtet. Der Einlassvorsprung 22 kann so ausgebildet sein, dass er bis hinter den ersten Plattenabschnitt 34 bis zur Seite des zweiten Plattenabschnitts 35 in der zweiten Kühleinheit 30 vorsteht.
  • In 15B ist die Kühlzieleinheit 110 mit dem ersten Plattenabschnitt 34 verkoppelt. Der Einlassvorsprung 22 in dem vorliegenden Beispiel weist eine solche Länge auf, dass ein Abstand zwischen seinen Endabschnitten gleich der Dicke des ersten Plattenabschnitts 34 wird. Folglich stimmen ein Endabschnitt des Einlassvorsprungs 22 und ein Endabschnitt des ersten Plattenabschnitts 34 überein. Zudem ist der Schweißabschnitt W in einem Bereich bereitgestellt, in dem der Einlassvorsprung 22 und der erste Plattenabschnitt 34 einander kontaktieren, und der sich an einem Endbereich des Einlassvorsprungs 22 befindet. Ein O-Ring 43 ist in einem Bereich an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Plattenabschnitt 34 und dem zweiten Plattenabschnitt 35 und um den Kältemittel-Strömungskanal des zweiten Plattenabschnitts 35 herum bereitgestellt.
  • In 15C sind die Kühlzieleinheit 110, der erste Plattenabschnitt 34 und der zweite Plattenabschnitt 35 miteinander verkoppelt. Der zweite Plattenabschnitt 35 in dem vorliegenden Beispiel ist an dem ersten Plattenabschnitt 34 unter Verwendung von Schraubenabschnitten 58 befestigt. Der O-Ring 43 ist zwischen dem ersten Plattenabschnitt 34 und dem zweiten Plattenabschnitt 35 bereitgestellt. Der O-Ring 43 ist so angeordnet, dass er den Strömungskanal des zweiten Plattenabschnitts 35 umgibt. Dadurch verhindert der O-Ring 43, dass ein Kältemittel an dem Kopplungsabschnitt zwischen dem ersten Plattenabschnitt 34 und dem zweiten Plattenabschnitt 35 entweicht.
  • Die Schraubenabschnitte 58 durchdringen den zweiten Plattenabschnitt 35 und verkoppeln mit dem ersten Plattenabschnitt 34, um den ersten Plattenabschnitt 34 und den zweiten Plattenabschnitt 35 zu befestigen. Zudem können die Schraubenabschnitte 58 in dem vorliegenden Beispiel so angeordnet sein, dass sie die beiden Enden des Kältemittel-Strömungskanals des zweiten Plattenabschnitts 35 zwischen sich einschließen. Dadurch können die Schraubenabschnitte 58 den Kältemittel-Strömungskanal des ersten Plattenabschnitts 34 und den Strömungskanal des zweiten Plattenabschnitts 35 mit gleichmäßig verteilter Kraft verkoppeln.
  • Die 16A, 16B und 16C zeigen ein beispielhaftes Verfahren des Herstellens eines Kältemittel-Strömungskanals nahe des Bereichs B in 14.
  • Die 16A zeigt einen Zustand vor der ersten Kühleinheit 20; der erste Plattenabschnitt 34 und der zweite Plattenabschnitt 35 sind miteinander verkoppelt. Der Einlassvorsprung 22 und der Auslassvorsprung 23 sind entsprechend den Kältemittel-Strömungskanälen des ersten Plattenabschnitts 34 und des zweiten Plattenabschnitts 35 bereitgestellt. Dadurch wird das Positionieren der ersten Kühleinheit 20 und der zweiten Kühleinheit 30 einfach.
  • In 16B ist die erste Kühleinheit 20 mit dem ersten Plattenabschnitt 34 verkoppelt. Der Einlassvorsprung 22 und der Auslassvorsprung 23 stehen von der Kühlkörpereinheit 21 zur Seite des ersten Plattenabschnitts 34 in der zweiten Kühleinheit 30 ab. Der Einlassvorsprung 22 in dem vorliegenden Beispiel weist eine derartige Länge auf, dass ein Abstand zwischen seinen Endabschnitten gleich der Dicke des ersten Plattenabschnitts 34 wird. Folglich stimmen ein Endabschnitt des Einlassvorsprungs 22 und ein Endabschnitt des ersten Plattenabschnitts 34 überein. Zudem ist der Schweißabschnitt W in einem Bereich bereitgestellt, in dem der Einlassvorsprung 22 und der erste Plattenabschnitt 34 einander kontaktieren, und der sich an einem Endbereich des Einlassvorsprungs 22 befindet.
  • In 16C sind der Einlassvorsprung 22, der erste Plattenabschnitt 34 und der zweite Plattenabschnitt 35 miteinander verkoppelt. Der zweite Plattenabschnitt 35 kann unter Verwendung der Schraubenabschnitte 58 an dem ersten Plattenabschnitt 34 befestigt sein. Der O-Ring 43 ist zwischen dem ersten Plattenabschnitt 34 und dem zweiten Plattenabschnitt 35 bereitgestellt. Der O-Ring 43 ist so angeordnet, dass er den Kältemittel-Strömungskanal des zweiten Plattenabschnitts 35 umgibt. Dadurch verhindert der O-Ring 43, dass ein Kältemittel an dem Kopplungsabschnitt zwischen dem ersten Plattenabschnitt 34 und dem zweiten Plattenabschnitt 35 entweicht.
  • Der Kältemittel-Strömungskanal des zweiten Plattenabschnitts 35 in dem vorliegenden Beispiel wird aus einer Nut, die im zweiten Plattenabschnitt 35 ausgebildet ist, und einer Oberfläche des ersten Plattenabschnitts 34 auf der Seite des zweiten Plattenabschnitts 35 gebildet. Dadurch wird ein U-förmiger Kältemittel-Strömungskanal gebildet.
  • Die 17 zeigt ein beispielhaftes Verfahren des Verkoppelns des Halbleitermoduls 100. In dem vorliegenden Beispiel wird eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs nahe des Bereichs A des Halbleitermoduls 100 gezeigt. Das Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel umfasst ferner eine dritte Platteneinheit 36 zusätzlich zu der in den 15A bis 15C gezeigten Ausgestaltung.
  • Die dritte Platteneinheit 36 ist mit der ersten Kühleinheit 20 aneinandergehaftet und mit der zweiten Kühleinheit 30 zusammengeschraubt, um so zwischen der ersten Kühleinheit 20 und der zweiten Kühleinheit 30 angeordnet zu sein. Die dritte Platteneinheit 36 ist eine beispielhafte Schraubplatte. Die dritte Platteneinheit 36 ist zwischen dem ersten Plattenabschnitt 34 und dem zweiten Plattenabschnitt 35 bereitgestellt. Die Schraubenabschnitte 58 dringen von einer Oberfläche des zweiten Plattenabschnitts 35, die der Seite, auf der die dritte Platteneinheit 36 ausgebildet ist, gegenüberliegt zur Innenseite des zweiten Plattenabschnitts 35. Das Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel weist die dritte Platteneinheit 36 auf, sodass als erster Plattenabschnitt 34 ein Material verwendet werden kann, das relativ zu den Schraubenabschnitten 58 keine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist.
  • Die 18 zeigt ein beispielhaftes Verfahren des Herstellens des Halbleitermoduls 100. Zuerst werden die Kühlzielvorrichtung 11 und die erste Kühleinheit 20 separat von der zweiten Kühleinheit 30 angefertigt. Bei Schritt S10 wird die Kühlzielvorrichtung 11 auf der ersten Kühleinheit 20 angebracht. Bei Schritt S20 wird die Kühlzieleinheit 11 durch die Isolierschicht 50 abgedeckt. Mit anderen Worten, durch Schritt S20 wird die Kühlzieleinheit 110 gefertigt. Bei Schritt S30 wird die Kühlzieleinheit 110 an der zweiten Kühleinheit 30 befestigt. Der Kältemittel-Strömungskanal der ersten Kühleinheit 20 wird mit dem Kältemittel-Strömungskanal der zweiten Kühleinheit 30 verkoppelt, wodurch das Halbleitermodul 100 gebildet wird.
  • Um das Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel zu bilden wird die Kühlzieleinheit 110, in der das Kühlzielmodul 10 und die erste Kühleinheit 20 integriert sind, gefertigt, und diese wird fest auf der zweiten Kühleinheit 30 angeordnet. Mit anderen Worten, da das Halbleitermodul 100 in dem vorliegenden Beispiel, die Isolierschicht 50 und die erste Kühleinheit 20 starr aneinander haften können, kann die Zuverlässigkeit des gebondeten Modulabschnitts verbessert werden.
  • Zudem können gemeinsame Teile und Herstellungsschritte für die Kühlzieleinheit 110 genutzt werden, sodass sich der Freiheitsgrad der Auslegung der Nennleistung erhöht, eine hervorragende Wärmeabstrahlleistung erzielt werden kann und die Herstellungskosten reduziert werden. Da weiterhin das Halbleitermodul 100 Tests zur elektrischen Eigenschaft nach dem Zusammenbau für jede Kühlzieleinheit 110 zulässt, können nur konforme Produkte herausgegriffen werden und an der zweiten Kühleinheit 30 befestigt werden, und der Ertrag kann verbessert werden.
  • Die 19 zeigt eine beispielhafte Schaltung 300, die mit dem Halbleitermodul 100 gebildet wird. Die Schaltung 300 in dem vorliegenden Beispiel ist ein dreiphasiger Wechselrichter, der zwischen einer Stromquelle 210 und einem Verbraucher 220 vorgesehen wird. Der Verbraucher 220 ist beispielsweise ein Drehstrommotor. Die Schaltung 300 wandelt von der Stromquelle 210 gelieferten elektrischen Strom in Dreiphasensignale (AC-Spannung) um und liefert sie an den Verbraucher 220.
  • Die Schaltung 300 weist entsprechend den Dreiphasensignalen drei Brücken auf. Jede Brücke hat einen oberen Arm 152 und einen unteren Arm 154, die in Reihe zwischen einer Leitung der positiven Seite und einer Leitung der negativen Seite bereitgestellt sind. Jeder Arm ist mit einem Transistor 202, wie einem IGBT und einer Diode 204, wie einer Schutzdiode (FWD), versehen. Separate Halbleiterchips können als der Transistor 202 und die Diode 204 verwendet werden, oder es kann ein Halbleiterchip mit einem darin ausgebildeten RC-IGBT, der beiden Funktionen dient, verwendet werden. Ein Signal jeder Phase wird von einem Verbindungspunkt zwischen dem oberen Arm 152 und dem unteren Arm 154 ausgegeben.
  • Zudem hat die Schaltung 300 zwei Fühlereinheiten 208. Eine der Fühlereinheiten 208 detektiert einen elektrischen Strom an einem Verbindungspunkt zwischen dem oberen Arm 152 und dem unteren Arm 154. Die andere Fühlereinheit 208 detektiert einen elektrischen Strom an einem Verbindungspunkt zwischen dem unteren Arm 154 und einem Bezugspotential.
  • In dem vorliegenden Beispiel umfasst das Halbleitermodul 100 drei Paare des oberen Arms 152 und des unteren Arms 154. Mit anderen Worten, die Kühlzielmodule 10a, 10b, 10c umfassen jeweils ein Paar des oberen Arms 152 und des unteren Arms 154. Der obere Arm 152 und der untere Arm 154 sind beispielhafte Kühlzielvorrichtungen 11. Das Halbleitermodul 100 kann die Fühlereinheit 208 umfassen.
  • In der oben erwähnten Weise wird das Halbleitermodul 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung zur Stromgleichrichtung für ein Elektromobil, eine Eisenbahnlinie, eine Werkzeugmaschine oder dergleichen verwendet. Beim Herstellen des Halbleitermoduls 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung wird eine Leistungshalbleitervorrichtung, die einen Kühlkörper aufweist, fest in einem Kühlergehäuse angeordnet, nachdem dessen Zusammenbau abgeschlossen ist, wodurch eine hervorragende Wärmeabstrahlungseigenschaft, Zuverlässigkeit und Kostenwettbewerbsfähigkeit bereitgestellt wird.
  • Da zudem in dem Verfahren zum Herstellen des Halbleitermoduls 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung nur Kühlzieleinheiten 110, die Tests der elektrischen Eigenschaft abgeschlossen haben, an der zweiten Kühleinheit 30 montiert werden können, kann ein Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls 100 mit einem hohen Ertrag und niedrigen Kosten verwirklicht werden. Des Weiteren verwirklicht das Halbleitermodul 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung eine Leistungshalbleitervorrichtung kleiner Größe, die einen eingebauten Kühlkörper und eine hohe Wärmeausstrahlungseigenschaft und eine hohe elektrische Leistung aufweist, und für Windenergiegewinnung, Elektromobile oder dergleichen genutzt werden kann.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Schutzumfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist für Fachleute ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Verbesserungen zu den oben beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt werden können. Es ist fernen aus dem Schutzumfang der Ansprüche ersichtlich, dass Ausführungsformen, denen solche Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügt werden, im technischen Schutzumfang der Erfindung umfasst sein können.
  • Die Arbeitsvorgänge, Verfahrensweisen, Schritte und Stufen eines jeden Prozesses, der durch eine Vorrichtung, ein System, Programm und Verfahren, die in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Schaubildern gezeigt werden, ausgeführt wird, können in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden, sofern die Reihenfolge nicht durch „vor”, „bevor” oder dergleichen gekennzeichnet ist und sofern das Ergebnis eines vorangehenden Prozesses nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Selbst wenn der Prozessablauf unter Verwendung von Formulierungen wie „zuerst” oder „als Nächstes” in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Schaubildern beschrieben wird, bedeutet dies nicht unbedingt, dass der Prozess in dieser Reihenfolge ausgeführt werden muss.
  • [Erklärung der Bezugszeichen]
    • 10: Kühlzielmodul; 11: Kühlzielvorrichtung; 20: erste Kühleinheit; 21: Kühlkörper; 22: Einlassvorsprung; 23: Auslassvorsprung; 25: Kopplungsabschnitt; 30: zweite Kühleinheit; 31: Kühlergehäuse; 32: Einlassrohr; 33: Auslassrohr; 34: erster Plattenabschnitt; 35: zweiter Plattenabschnitt; 36: dritter Plattenabschnitt; 40: Substrat; 42: vorderflächenseitige Leiterplatte; 43: O-Ring; 44: rückflächenseitige Leiterplatte; 46: Pin-Klemme; 48: Leiterrahmen; 49: Leitung; 50 Isolierschicht; 52: Gelschicht; 54: Harzgehäuse; 56: Deckel; 58: Schraubenabschnitt; 60: Montagevorrichtung; 70: externe Klemme; 100: Halbleitermodul; 110: Kühlzieleinheit; 152: oberer Arm; 154: unterer Arm; 202: Transistor; 204: Diode; 208: Fühlereinheit; 210: Stromquelle; 220: Verbraucher; 300: Schaltung; 500: Halbleitermodul; 510: Kühlzielmodul; 511: Kühlzielvorrichtung; 520: vorderflächenseitige Kupferleitplatte; 522: rückflächenseitige Kupferleitplatte; 530: Keramiksubstrat; 540: Kühler; 541: Kältemittel-Strömungskanal; 550: Harzabschnitt; 560 Kupfer-Pin-Klemme; 570: externe Klemme
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014-096910 [0002]
    • JP 2006-324647 [0002]
    • JP 2011-210746 [0002]
    • JP 2011-109000 [0002]
    • JP 2012-178513 [0002]
    • JP 2008-218940 [0002]

Claims (18)

  1. Halbleitermodul, umfassend: eine Kühlzielvorrichtung; eine erste Kühleinheit, auf der die Kühlzielvorrichtung angebracht ist und die einen Strömungskanal aufweist, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Kühlzielvorrichtung fließt; und eine zweite Kühleinheit, an der die erste Kühleinheit befestigt ist und die einen Strömungskanal aufweist, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, ferner eine Isolierschicht umfassend, die die Kühlzielvorrichtung abdeckt und die erste Kühleinheit mindestens teilweise kontaktiert.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Volumen eines Gehäuses der ersten Kühleinheit kleiner als ein Volumen eines Gehäuses der zweiten Kühleinheit ist.
  4. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: mehrere der Kühlzielvorrichtungen; und mehrere der ersten Kühleinheiten, auf denen jeweils mindestens eine von den mehreren Kühlzielvorrichtungen angebracht ist, wobei die mehreren ersten Kühleinheiten jeweils an der zweiten Kühleinheit befestigt sind.
  5. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Kühleinheit eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als die der erste Kühleinheit aufweist.
  6. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Kühleinheit aufweist: einen ersten Plattenabschnitt, der an der ersten Kühleinheit befestigt ist und einen Strömungskanal umfasst, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist; und einen zweiten Plattenabschnitt, der an dem ersten Plattenabschnitt befestigt ist und einen Strömungskanal umfasst, der mit dem Strömungskanal des ersten Plattenabschnitts verkoppelt ist.
  7. Halbleitermodul nach Anspruch 6, wobei mindestens ein Teil des zweiten Plattenabschnitts aus einer Nut gebildet ist, die in dem zweiten Plattenabschnitt und einer Oberfläche der ersten Platte auf der Seite des zweiten Plattenabschnitts ausgebildet ist.
  8. Halbleitermodul nach Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Kühleinheit einen mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit bereitgestellten Vorsprung aufweist, wobei der Strömungskanal zur Seite der zweiten Kühleinheit vorsteht.
  9. Halbleitermodul nach Anspruch 8, wobei der Vorsprung von der Seite der ersten Kühleinheit zum ersten Plattenabschnitt vorsteht.
  10. Halbleitermodul nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Vorsprung den ersten Plattenabschnitt durchdringt und nach dem ersten Plattenabschnitt zur Seite des zweiten Plattenabschnitts vorsteht.
  11. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Vorsprung im Innern des Strömungskanals der zweiten Kühleinheit einen Kopplungsabschnitt umfasst, der einen Durchmesser aufweist, der größer als ein Durchmesser des Vorsprungs ist.
  12. Halbleitermodul nach Anspruch 6, wobei der erste Plattenabschnitt ein Material umfasst, das sich von dem des zweiten Plattenabschnitts unterscheidet.
  13. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei der zweite Plattenabschnitt aus einem Material gebildet ist, welches das gleiche wie das der ersten Kühleinheit ist.
  14. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei der erste Plattenabschnitt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der niedriger als derjenige der ersten Kühleinheit ist.
  15. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner eine Schraube umfassend, die die zweite Kühleinheit und die erste Kühleinheit aneinander befestigt, indem sie die zweite Kühleinheit durchdringt und sich mit der ersten Kühleinheit verkoppelt.
  16. Halbleitermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner eine dritte Platteneinheit umfassend, die zwischen der ersten Kühleinheit und der an der ersten Kühleinheit befestigten zweiten Kühleinheit angeordnet ist und mit der zweiten Kühleinheit zusammengeschraubt ist.
  17. Halbleitermodul-Herstellungsverfahren, umfassend: Anbringen einer Kühlzielvorrichtung an einer ersten Kühleinheit, die einen Strömungskanal aufweist, durch den ein Kältemittel zum Kühlen der Kühlzielvorrichtung fließt; und Befestigen der ersten Kühleinheit an einer zweiten Kühleinheit, die einen Strömungskanal aufweist, der mit dem Strömungskanal der ersten Kühleinheit verkoppelt ist.
  18. Halbleitermodul-Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Abdecken der Kühlzielvorrichtung mit einer Isolierschicht nach dem Anbringen der Kühlzielvorrichtung an der ersten Kühleinheit.
DE102017201545.4A 2016-03-15 2017-01-31 Halbleitermodul und herstellungsverfahren für ein halbleitermodul Pending DE102017201545A1 (de)

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JP2016-051070 2016-03-15
JP2016051070A JP6665604B2 (ja) 2016-03-15 2016-03-15 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法

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