DE102020102927A1 - Halbleiter mit integrierten elektrisch leitfähigen kühlkanälen - Google Patents

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Abstract

Diese Offenbarung stellt Halbleiter mit integrierten elektrisch leitfähigen Kühlkanälen bereit. Eine Halbleiterbaugruppe beinhaltet einen Leistungshalbleiter, ein Gehäuse, das den Leistungshalbleiter enthält, und elektrisch leitfähige Kanäle. Die elektrisch leitfähigen Kanäle sind angeordnet, um Kühlmittel durch das Gehäuse zu leiten. Wärme, die durch den Leistungshalbleiter generiert wird, kann daher durch das Kühlmittel absorbiert werden. Die elektrisch leitfähigen Kanäle sind auch mit dem Leistungshalbleiter elektrisch verbunden, um Anschlüsse für den Leistungshalbleiter zu bilden.

Description

  • Diese Offenbarung betrifft Kühlsysteme für Halbleitervorrichtungen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Leistungshalbleiter werden in bestimmter Leistungselektronik, wie etwa Leistungsversorgungen mit Schaltmodus als Schalter oder Gleichrichter verwendet. Sie werden auch Leistungsvorrichtungen genannt, wenn sie in integrierten Schaltungen, integrierten Leistungsschaltungen (integrated circuits - ICs) verwendet werden.
  • Üblicherweise wird ein Leistungshalbleiter in einem Umschaltmodus verwendet (er ist entweder ein- oder abgeschaltet) und weist ein Design auf, das für eine solche Verwendung optimiert ist.
  • Leistungshalbleiter sind in Systemen anzutreffen, die einige zehn Milliwatt liefern (z. B. ein Kopfhöhrerverstärker), und in Systemen, die ein Gigawatt liefern (z. B. eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitung).
  • KURZDARSTELLUNG
  • Eine Halbleiterbaugruppe beinhaltet einen Leistungshalbleiter, ein Gehäuse, das den Leistungshalbleiter enthält, und elektrisch leitfähige Kanäle. Die elektrisch leitfähigen Kanäle leiten Kühlmittel durch das Gehäuse, um Wärme zu absorbieren, die durch den Leistungshalbleiter generiert wird. Die elektrisch leitfähigen Kanäle sind mit dem Leistungshalbleiter elektrisch verbunden, um Anschlüsse für den Leistungshalbleiter zu bilden. Eine Halbleitervorrichtung beinhaltet ein Halbleitersubstrat und Metallschichten, die angeordnet sind, um einen Halbleiterschalter zu bilden, ein Gehäuse, das den Halbleiterschalter enthält, elektrisch leitfähige Kanäle und ein Leistungssystem. Die elektrisch leitfähigen Kanäle transportieren Fluid dahindurch, um den Halbleiterschalter und das Gehäuse zu kühlen, und sind mit den Metallschichten elektrisch verbunden. Das Leistungssystem stellt den elektrisch leitfähigen Kanälen Strom oder Spannung bereit.
  • Ein Leistungsgerät weist eine Halbleiterbaugruppe auf, die einen Halbleiterschalter, ein Gehäuse, das den Halbleiterschalter enthält, und elektrisch leitfähige Kanäle beinhaltet, die mit dem Halbleiterschalter elektrisch verbunden sind. Die elektrisch leitfähigen Kanäle leiten Kühlmittel durch das Gehäuse, um Wärme zu absorbieren, die durch den Halbleiterschalter generiert wird. Das Leistungsgerät weist auch ein Wärmeübertragungssystem und ein Leistungssystem auf. Ein Wärmeübertragungssystem bewegt das Kühlmittel durch die elektrisch leitfähigen Kanäle. Das Leistungssystem stellt den elektrisch leitfähigen Kanälen Strom oder Spannung bereit.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistors.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung mit integrierten elektrisch leitfähigen Kühlkanälen.
    • 3 ist eine Seitenansicht im Querschnitt der Halbleitervorrichtung aus 2.
    • 4 ist eine Seitenansicht im Querschnitt einer anderen Halbleitervorrichtung mit integrierten elektrisch leitfähigen Kühlkanälen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In dieser Schrift werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die offenbarten Ausführungsformen sind jedoch lediglich beispielhaft und andere Ausführungsformen können verschiedene und alternative Formen annehmen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einen Durchschnittsfachmann die vielseitige Umsetzung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
  • Beispielhafte Leistungshalbleiter beinhalten den Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated-gate bipolar transistor - IGBT), die Leistungsdiode, den Leistungsmetalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor - MOSFET) und den Thyristor.
  • Ein IGBT weist oft gemeinsame Eigenschaften mit Bipolartransistoren (bipolar junction transistors - BJTs) und MOSFETs auf. Es kann eine hohe Gate-Impedanz und somit niedrige Anforderungen an Gate-Strom wie ein MOSFET aufweisen. Im Betriebsmodus kann er im eingeschalteten Zustand einen niedrigen Spannungsabfall aufweisen, wie ein BJT. Bestimmte IGBTs können dazu verwendet werden, positive und negative Spannung zu sperren. MOSFETs können Verarmungskanalvorrichtungen oder Anreicherungskanalvorrichtungen sein. Spannung, nicht Strom, kann nötig sein, um den Leitungsweg vom Drain zur Source zu steuern. Dies kann bei niedrigen Frequenzen den Gate-Strom reduzieren, da er nur erforderlich ist, die Gate-Kapazität während des Schaltens zu laden. Schaltzeiten reichen von einigen zehn Nanosekunden bis einige hundert Mikrosekunden. Typischerweise sind MOSFET-Vorrichtungen nicht bidirektional und sperren Rückwärtsspannung nicht.
  • Ein Thyristor kann eine Familie von Vorrichtungen mit drei Anschlüssen beschreiben, die Siliziumgleichrichter (silicon-controlled rectifiers - SCRs), gateseitig abschaltbare Thyristoren (gate turn-off thyristors - GTOs) und MOS-gesteuerte Thyristoren (MOS-controlled thyristors - MCTs) beinhalten. Ein Gate-Puls kann diese Vorrichtungen typischerweise einschalten. Und als Reaktion darauf, dass die Anodenspannung unter einer Wert in Bezug auf die Kathode abfällt, können die Vorrichtungen abschalten. Wenn sie abgeschaltet sind, können sie in bestimmten Konfigurationen Rückwärtsspannungen sperren.
  • Wenn ein Puls anliegt, arbeiten SCRs wie eine Standarddiode. Wie vorstehend erwähnt, können einige dieser Vorrichtungen abschalten und positive oder negative Spannung sperren, die anliegt, wenn die Anode im Vergleich zur Kathode negativ ist. Die Gate-Spannung kann es der Vorrichtung nicht erlauben, abzuschalten.
  • GTOs können mit einem Gate-Pulse ein- und abgeschaltet werden. Typischerweise sind die Abschaltspannungen eines Gates größer und erfordern mehr Strom als die Niveaus zum Einschalten. Diese Abschaltspannung ist eine negative Spannung von dem Gate zur Source. Es kann eine Ventilschaltung erforderlich sein, um eine verwendbare Schaltkurve bereitzustellen. Ohne die Ventilschaltung ist der GTO möglicherweise nicht dazu in der Lage, zum Abschalten induktiver Lasten verwendet zu werden.
  • MCTs können durch einen Puls durch ihr MOSFET-Gate ein- oder abgeschaltet werden. Somit existiert ein geringer Stromfluss, was Steuersignale niedriger Leistung ermöglicht. Diese werden typischerweise mit zwei MOSFET-Eingängen und einem Paar von BJT-Ausgangsstufen gebildet, wenngleich auch andere Anordnungen möglich sind. Eingangs-MOSFETs sind dazu konfiguriert, während eines positiven und eines negativen Halbzyklus das Steuern von Einschalten zu ermöglichen. Die Ausgangs-BJTs können dazu konfiguriert sein, bidirektionale Steuerung und Sperren niedriger Rückwärtsspannung zu ermöglichen.
  • Unter Bezugnahme auf 1 und mit größerer Genauigkeit beinhaltet ein beispielhafter Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) 10 einen Körper (Substrat des p-Typs) 12 mit n+-dotierten Bereichen 14, 16, die durch einen Abstand L getrennt sind, der einen Kanalbereich 18 bildet. Gegenüber den n+-dotierten Bereichen 14, 16 weist der Körper 12 eine darauf befindliche Metallschicht 20 auf. Ähnlich weist jeder der n+-dotierten Bereiche 14, 16 entsprechende darauf befindliche Metallschichten 22, 24 auf. Der n+-dotierte Bereich 14 und die Metallschicht 22 bilden die Source (S). Der n+-dotierte Bereich 16 und die Metallschicht 24 bilden den Drain (D). Und der Kanalbereich 18 weist eine darauf befindliche Isolationsschicht 26 (z. B. Isolationsoxidschicht) und eine Metallschicht 28 auf, die einen Abschnitt des Gates (G) bilden. Wie dargestellt, ist der MOSFET 10 eine Vorrichtung mit vier Anschlüssen. Das Verbinden des Körpers 12 und der Source (S) ergibt jedoch eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen.
  • Das Anlegen einer Spannung an das Gate (G) verursacht die Bildung eines elektrischen Pfads in dem Kanalbereich 18, der es Elektronen erlaubt, zwischen der Source (S) und dem Drain (D) zu fließen. Dieser Vorgang kann Wärme generieren.
  • Es können Kühlanordnungen verwendet werden, um Wärme von den Halbleitervorrichtungen weg zu transportieren. Es können zum Beispiel interne Durchlässe oder Kanäle um oder durch das Gehäuse einer Halbleitervorrichtung verwendet werden, um Kühlmittel dahindurch zu leiten. An dieser Stelle schlagen wir die Integration der elektrischen Leiter der Halbleitervorrichtung mit deren Kühlkanälen vor. Eine solche Kombination kann bestimmte elektrische Komponenten beseitigen, was eine kleinere Gesamtpackung ergibt.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beinhaltet ein beispielhafter Halbleiterschalter 30 (z. B. ein MOSFET) ein Gehäuse 31 (z. B. ein Kunststoff- oder anderweitig elektrisch isolierendes Gehäuse), einen Körper 32, der dotierte Bereiche beinhaltet, einen Kanalbereich usw., eine Isolationsschicht 34 und Metallschichten 36, 38, 40, 42, die innerhalb des Gehäuses 31 enthalten sind. Der Halbleiterschalter 30 beinhaltet auch elektrisch leitfähige (z. B. metallische) Mikrokanäle 44, 46, 48, 50, die innerhalb des Gehäuses 31 enthalten sind.
  • Es kann ein Wärmeübertragungssystem 52 zusammen mit den elektrisch leitfähigen Mikrokanälen 44, 46, 48, 50 verwendet werden, um während des Betriebs das Entfernen von Wärme aus dem Halbleiterschalter 30 zu erleichtern. Das Wärmeübertragungssystem 52 kann eine Pumpe und einen Wärmtauscher 54 beinhalten, die mit Leitungen 56 assoziiert sind, die nicht elektrisch leitfähig sein können, sowie in Fluidverbindung mit den elektrisch leitfähigen Mikrokanälen 44, 46, 48, 50 stehen. Die Pumpe 54 kann dazu betrieben werden, Kühlmittel 58 über die Leitungen 56 durch die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 44, 46, 48, 50 zu bewegen. Die Nähe der elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 44, 46, 48, 50 zu verschiedenen Komponenten des Halbleiterschalters 30 erlaubt die Übertragung von Wärme aus dem Halbleiterschalter 30 auf das Kühlmittel 58. Wärme, die durch das Kühlmittel 58 transportiert wird, kann über den Wärmetauscher 54 abgeführt werden.
  • Es kann ein Leistungssystem 60 zusammen mit den elektrisch leitfähigen Mikrokanälen 44, 46, 48, 50 verwendet werden, um den Betrieb des Halbleiterschalters 30 zu erleichtern. Das Leistungssystem 60 kann eine Batterie (oder eine andere Leistungsquelle), einen Schaltkreis und eine elektrische Vorrichtung 62 beinhalten, die durch den Halbleiterschalter 30 bedient werden soll. In diesem Fall ist jeder der elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 44, 46, 48, 50 über Drahtzuleitungen 45, 47, 49, 51 mit einer entsprechenden einen der Metallschichten 36, 38, 40, 42 elektrisch verbunden. Die Metallschicht 36 bildet einen Teil der Source (S). Die Metallschicht 38 bildet einen Teil des Gates (G). Die Metallschicht 40 bildet einen Teil des Drains (D). Die Metallschicht 42 bildet einen Teil des Körpers 32. Die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 44, 46, 48, 50 stellen somit elektrische Pfade von innerhalb des Gehäuses 31 nach außerhalb des Gehäuses 31 bereit und beseitigen damit separate Komponenten, die eine ähnliche Funktion bereitstellen. Das heißt, die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 44, 46, 48, 50 sind Anschlüsse für die Source (S), das Gate (G), den Drain (D) und den Körper 32.
  • Es kann eine Vielfalt von Materialien und Konfigurationen verwendet werden, um die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle umzusetzen. In dem Beispiel aus 3 werden Metallröhren verwendet. Durchlässe hingegen können durch das Gehäuse und die leitfähigen Materialien, die an dessen Wände angewandt werden, gebildet (z. B. geätzt, abgelagert) werden, um die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle zu bilden. Ebenso müssen die elektrischen Verbindungen mit den elektrisch leitfähigen Mikrokanälen keine Metalldrähte sein. Das elektrisch leitfähige Material kann in Abschnitten des Gehäuses usw. strategisch integriert/gedruckt sein. Darüber hinaus können die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle eine verschiedene Anzahl, Ausrichtung, Form, Anordnung usw. aufweisen, wie es bestimmte Designs erlauben.
  • Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet ein anderer Halbleiterschalter 64 (z. B. MOSFET, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode usw.) ein Gehäuse 66 und verschiedene Halbleiterbauteile 68 und Metallschichten 70, 72, 74, 76, die in innerhalb des Gehäuses 66 enthalten sind. Der Halbleiterschalter 64 beinhaltet auch elektrisch leitfähige Mikrokanäle 78, 80, 82, 84 und nicht elektrisch leitfähige Mikrokanäle 86, 88. Jeder der elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 78, 80, 82 ist über elektrisch leitfähige Zuleitungen 90, 92, 94 mit einer entsprechenden einen der Metallschichten 70, 72, 74 elektrisch verbunden. Der elektrisch leitfähig Mikrokanal 84 und jeder der nicht elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 86, 88 stehen in direktem Kontakt mit der Metallschicht 76. Es sind keine elektrisch leitfähigen Zuleitungen nötig.
  • Wie bei den vorstehend beschriebenen, können die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 78, 80, 82, 84 und die nicht elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 86, 88 zusammen mit einem Wärmeübertragungssystem verwendet werden, um das Entfernen von Wärme aus dem Halbleiterschalter 64 zu erleichtern, indem Kühlmittel 96 durch das Gehäuse 66 in der Nähe der Halbleiterbauteile 68 und der Metallschichten 70, 72, 74, 76 geleitet wird. Ähnlich können die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 78, 80, 82, 84 zusammen mit einem Leistungssystem verwendet werden, sodass die elektrisch leitfähigen Mikrokanäle 78, 80, 82, 84 als Anschlüsse für den Halbleiterschalter 64 dienen.
  • Da die hierin beschriebenen Kühlkanäle einem zweifachen Zeck dienen (Leiten von Kühlmittel und elektrische Leitfähigkeit) können raumeffiziente Designs hergestellt werden. Separate Anschlusskonfigurationen, die mit bestimmten Halbleitervorrichtungen assoziiert sind, können beseitigt werden - was die Packungsflexibilität erhöht.
  • Die hierin in Betracht gezogenen Prozesse, Verfahren oder Algorithmen in Bezug auf die Steuerung von Kühlfluiden durch die Kanäle, die Steuerung von Spannung oder Strom, die/der über Kanäle an Halbleitervorrichtungen anliegt usw. können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein bzw. dadurch umgesetzt werden, die bzw. der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie etwa Vorrichtungen mit Festwertspeicher (Read Only Memory - ROM) gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Vorrichtungen mit Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory - RAM) und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können zudem in einem durch Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt sein, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
  • Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Offenbarung und den Patentansprüchen abzuweichen. Bestimmte vorstehend Beispiele sind im Zusammenhang einer bestimmten MOSFET-Technologie beschrieben. Die hierin in Betracht gezogene Technologie integrierter elektrisch leitfähiger Kühlkanäle kann jedoch im Zusammenhang mit einer beliebigen geeigneten Halbleitertechnologie angewandt werden (z. B. BJT-Technologie, IGBT-Technologie, Packungen integrierter Schaltungen davon usw.).
  • Bei einer alternativen Anordnung zum Beispiel kann ein Leistungssystem über ein elektrisch leitfähiges Fluid in den Kanälen mit einer Halbleitervorrichtung elektrisch kommunizieren. In einer solchen Anordnung kann jeder Kühlkanal von den anderen elektrisch und fluidisch isoliert sein. Einzelne Pumpen oder dergleichen können nötig sein. Ladung/Potenzial kann dann nach Bedarf auf das Fluid in jedem Kanal angewandt werden und somit zu einem entsprechenden Anschluss der betreffenden Halbleitervorrichtung weitergeleitet werden. Andere Anordnungen werden ebenfalls in Betracht gezogen.
  • Wie vorangehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sind, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, Folgendes: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiterbaugruppe bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Leistungshalbleiter; ein Gehäuse, das den Leistungshalbleiter enthält; und elektrisch leitfähige Kanäle, die dazu konfiguriert sind, Kühlmittel durch das Gehäuse zu leiten, um Wärme zu absorbieren, die durch den Leistungshalbleiter generiert wird, und die mit dem Leistungshalbleiter elektrisch verbunden sind, um Anschlüsse für den Leistungshalbleiter zu bilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch ein Wärmeübertragungssystem, das dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch die elektrisch leitfähigen Kanäle zu bewegen, und ein Leistungssystem gekennzeichnet, das mit den elektrisch leitfähigen Kanälen elektrisch verbunden ist, um dem Leistungshalbleiter Strom oder Spannung bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der Leistungshalbleiter Metallschichten, wobei jeder der elektrisch leitfähigen Kanäle mit einer der Metallschichten elektrisch verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform stehen die elektrisch leitfähigen Kanäle in direktem Kontakt mit den Metallschichten.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Kanäle über Metalldrähte oder Metallspuren mit den Metallschichten elektrisch verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Leistungshalbleiter ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, eine Diode, ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Thyristor. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch ein elektrisch leitfähiges Fluid in den elektrisch leitfähigen Kanälen gekennzeichnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse elektrisch isolierend.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, die Folgendes aufweist: ein Halbleitersubstrat und Metallschichten, die angeordnet sind, um einen Halbleiterschalter zu bilden; ein Gehäuse, das den Halbleiterschalter enthält; elektrisch leitfähige Kanäle, die dazu konfiguriert sind, Fluid dahindurch zu transportieren, um den Halbleiterschalter und das Gehäuse zu kühlen, und die mit den Metallschichten elektrisch verbunden sind; und ein Leistungssystem, das dazu konfiguriert ist, den elektrisch leitfähigen Kanälen Strom oder Spannung bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ist jeder der elektrisch leitfähigen Kanäle mit einer der Metallschichten elektrisch verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform stehen die elektrisch leitfähigen Kanäle in direktem Kontakt mit den Metallschichten.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Kanäle über Metalldrähte oder Metallspuren mit den Metallschichten elektrisch verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch ein Wärmeübertragungssystem gekennzeichnet, das dazu konfiguriert ist, Fluid durch die elektrisch leitfähigen Kanäle zu bewegen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Halbleiterschalter ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode oder ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse isolierend.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Leistungsgerät bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Halbleiterbaugruppe, die einen Halbleiterschalter, ein Gehäuse, das den Halbleiterschalter enthält, und elektrisch leitfähige Kanäle beinhaltet, die mit dem Halbleiterschalter elektrisch verbunden und dazu konfiguriert sind, Kühlmittel durch das Gehäuse zu leiten, um Wärme zu absorbieren, die durch den Halbleiterschalter generiert wird; ein Wärmeübertragungssystem, das dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel durch die elektrisch leitfähigen Kanäle zu bewegen; und ein Leistungssystem, das dazu konfiguriert ist, den elektrisch leitfähigen Kanälen Strom oder Spannung bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Kanäle über Metalldrähte oder Metallspuren mit dem Halbleiterschalter elektrisch verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform stehen die elektrisch leitfähigen Kanäle in direktem Kontakt mit dem Halbleiterschalter.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Halbleiterschalter ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode oder ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse elektrisch isolierend.

Claims (15)

  1. Halbleiterbaugruppe, Folgendes umfassend: einen Leistungshalbleiter; ein Gehäuse, das den Leistungshalbleiter enthält; und elektrisch leitfähige Kanäle, die dazu konfiguriert sind, Kühlmittel durch das Gehäuse zu leiten, um Wärme zu absorbieren, die durch den Leistungshalbleiter generiert wird, und die mit dem Leistungshalbleiter elektrisch verbunden sind, um Anschlüsse für den Leistungshalbleiter zu bilden.
  2. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Wärmeübertragungssystem, das dazu konfiguriert ist, Kühlmittel durch die elektrisch leitfähigen Kanäle zu bewegen, und ein Leistungssystem, das mit den elektrisch leitfähigen Kanälen elektrisch verbunden ist, um dem Leistungshalbleiter Strom oder Spannung b erei tzustell en.
  3. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Leistungshalbleiter Metallschichten beinhaltet und wobei jeder der elektrisch leitfähigen Kanäle mit einer der Metallschichten elektrisch verbunden ist.
  4. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die elektrisch leitfähigen Kanäle in direktem Kontakt mit den Metallschichten stehen.
  5. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die elektrisch leitfähigen Kanäle über Metalldrähte oder Metallspuren mit den Metallschichten elektrisch verbunden sind.
  6. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Leistungshalbleiter ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, eine Diode, ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Thyristor ist.
  7. Halbleiterbaugruppe nach Anspruch 1, ferner ein elektrisch leitfähiges Fluid in den elektrisch leitfähigen Kanälen umfassend.
  8. Halbleitervorrichtung, Folgendes umfassend: ein Halbleitersubstrat und Metallschichten, die angeordnet sind, um einen Halbleiterschalter zu bilden; ein Gehäuse, das den Halbleiterschalter enthält; elektrisch leitfähige Kanäle, die dazu konfiguriert sind, Fluid dahindurch zu transportieren, um den Halbleiterschalter und das Gehäuse zu kühlen, und die mit den Metallschichten elektrisch verbunden sind; und ein Leistungssystem, das dazu konfiguriert ist, den elektrisch leitfähigen Kanälen Strom oder Spannung bereitzustellen.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei jeder der elektrisch leitfähigen Kanäle mit einer der Metallschichten elektrisch verbunden ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die elektrisch leitfähigen Kanäle in direktem Kontakt mit den Metallschichten stehen.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die elektrisch leitfähigen Kanäle über Metalldrähte oder Metallspuren mit den Metallschichten elektrisch verbunden sind.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, ferner ein Wärmeübertragungssystem umfassend, das dazu konfiguriert ist, Fluid durch die elektrisch leitfähigen Kanäle zu bewegen.
  13. Leistungsgerät, Folgendes umfassend: eine Halbleiterbaugruppe, die einen Halbleiterschalter, ein Gehäuse, das den Halbleiterschalter enthält, und elektrisch leitfähige Kanäle beinhaltet, die mit dem Halbleiterschalter elektrisch verbunden und dazu konfiguriert sind, Kühlmittel durch das Gehäuse zu leiten, um Wärme zu absorbieren, die durch den Halbleiterschalter generiert wird; ein Wärmeübertragungssystem, das dazu konfiguriert ist, das Kühlmittel durch die elektrisch leitfähigen Kanäle zu bewegen; und ein Leistungssystem, das dazu konfiguriert ist, den elektrisch leitfähigen Kanälen Strom oder Spannung bereitzustellen.
  14. Leistungsgerät nach Anspruch 13, wobei die elektrisch leitfähigen Kanäle über Metalldrähte oder Metallspuren mit dem Halbleiterschalter elektrisch verbunden sind.
  15. Leistungsgerät nach Anspruch 13, wobei die elektrisch leitfähigen Kanäle in direktem Kontakt mit dem Halbleiterschalter stehen.
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