DE112008000371B4 - Halbleiterelement-Struktur mit Latentwärmespeichermaterial - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleiterelement-Struktur, aufweisend: wenigstens ein Halbleiterelement (1); eine Wärmesenke (2), auf der das Halbleiterelement (1) angeordnet ist; und wenigstens ein Wärmespeicherteil (3), welches an dem Halbleiterelement (1) derart angeordnet ist, dass es bezüglich des Halbleiterelements (1) gegenüberliegend der Wärmesenke (2) liegt und welches ein Latentwärmespeichermaterial (32) enthält, wobei die Halbleiterelement-Struktur weiterhin ein Wärmeübertragungsteil (4) aufweist, welches das Wärmespeicherteil (3) mit der Wärmesenke (2) oder einer auf der Wärmesenke (2) angeordneten Busschiene (5) verbindet, wobei das Wärmeübertragungsteil (4) einen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, der höher als der Wärmeübertragungskoeffizient von Luft ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterelement-Struktur und insbesondere eine Halbleiterelement-Struktur, welche unter Verwendung eines Latentwärmespeichermaterials kühlbar ist oder gekühlt wird.
  • Kühlstrukturen mit Verwendung von Latentwärmespeichermaterial, das Wärme mittels Wärmeabsorption speichert, welche mit einer Phasenänderung des Materials einhergeht, sind bekannt.
  • Beispielsweise beschreibt die JP 2006-240501 A in einem Kühlsystem für ein Hybridfahrzeug das Mischen von Partikeln in ein Kühlmedium, welche ein Latentwärmespeichermaterial enthalten, welches eine Phasenänderung bei einer Kühlsolltemperatur eines Motors und eines Inverters durchläuft und von Partikeln, die ein Latentwärmespeichermaterial enthalten, das eine Phasenänderung bei einer Kühlsolltemperatur eines Brennkraftmaschinensystems einschließlich des Motors durchläuft.
  • Die JP 2000-116505 A beschreibt die Verwendung von Latentwärmespeichermaterial bei der Kühlung eines Wärme erzeugenden Elements eines Kochers.
  • Die JP 6-11286 A beschreibt die Wärmeabsorption eines Inverters durch ein Wärmespeichermaterial und die Anwendung der Wärme zur Raumheizung.
  • Die JP 9-223576 A beschreibt die Absorption von Wärme, die von einem Hauptschaltkreis eines Reiskochers erzeugt wird, mittels eines Wärmespeichermaterials, das sich in einer Kühlrippe befindet.
  • Die JP 61-7378 A beschreibt bestimmte Beispiele von Latentwärmespeichermaterialien.
  • Bei einer Kühlstruktur mit einem Halbleiterelement, das auf einer Wärmesenke angeordnet ist, wird die Kühlung unter normalen Bedingungen von der Wärmesenke durchgeführt. Jedoch kann die Menge an Wärme, die vom Halbleiterelement erzeugt wird, in kurzer Zeit abrupt ansteigen. Ein Versuch, diese große Wärmemenge alleine durch Verwendung der Wärmesenke zu absorbieren, würde dazu führen, dass die Wärmesenke erhöhtes Volumen und erhöhten Wärmewiderstand haben müsste, was zu dem Problem einer verschlechterten Kühlleistung unter Normalbedingungen führt. Folglich besteht ein Bedarf für eine Struktur, welche erzeugte Wärme absorbieren kann, die in kurzer Zeit ansteigt, während ein Anstieg des Volumens der Wärmesenke verhindert ist.
  • Das Latentwärmespeichermaterial verwendet hauptsächlich eine Wärmeabsorption, die mit einer Phasenänderung eines Materials einhergeht. Beispielsweise kann, nachdem das Wärmespeichermaterial aus einer festen Phase in eine flüssige Phase geschmolzen ist, das Wärmespeichermaterial keine weitere Wärmeabsorption mittels Latentwärme erreichen, bis es nicht wieder in die feste Phase zurückgekehrt ist. Daher scheint ein Latentwärmespeichermaterial weniger geeignet zum Kühlen unter Normalbedingungen als eine Wärmesenke.
  • Keine der obigen JP-Veröffentlichungen beschreibt eine Struktur, mit der das obige Problem ausreichend beseitigt werden kann. Beispielsweise beschreibt die JP 2006-240501 A lediglich das Mischen von Latentwärmespeichermaterialien in das Kühlmedium, jedoch beschreibt es nicht die separate Bereitstellung eines Abschnitts, der Wärme unter Normalbedingungen absorbiert und eines Abschnitts, der Wärme absorbiert, welche abrupt in einer kurzen Zeit erzeugt wird.
  • Die US 5 455 458 zeigt die Möglichkeit, ein Halbleiterelement auf einer Wärmesenke anzuordnen und den Raum um das Halbleiterelement herum durch eine allseitig geschlossene Kapselung zu verschließen, wobei dann das Innere der Kapselung mit einem Latentwärmespeichermaterial gefüllt ist. Ausweislich der dortigen 1 steht hierbei das Latentwärmespeichermaterial am Außenumfang eines Substrats in direktem Kontakt mit der Wärmesenke.
  • Bei der DE 103 47 518 A1 kapselt ein Gehäuse aus Keramik oder dergleichen, in welches neben einem Halbleiterelement auch ein Wärmespeicherteil aus Latentwärmespeichermaterial eingebettet ist, ein Halbleiterelement.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleiterelement-Struktur bereitzustellen, welche von einem Halbleiterelement erzeugte Wärme absorbieren kann, selbst wenn diese abrupt in einer kurzen Zeit angestiegen ist, wobei ein Volumenanstieg der Wärmesenke verhindert ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Halbleiterelement-Struktur, welche wenigstens ein Halbleiterelement, eine Wärmesenke, auf der das Halbleiterelement angeordnet ist und wenigstens ein Wärmespeicherteil aufweist, welches an dem Halbleiterelement derart angeordnet ist, dass es bezüglich des Halbleiterelements gegenüberliegend der Wärmesenke liegt und welches ein Latentwärmespeichermaterial enthält. Die Halbleiterelement-Struktur weist weiterhin ein Wärmeübertragungsteil auf, welches das Wärmespeicherteil mit der Wärmesenke oder einer auf der Wärmesenke angeordneten Busschiene verbindet, wobei das Wärmeübertragungsteil einen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, der höher als der Wärmeübertragungskoeffizient von Luft ist.
  • Mit oben beschriebener Halbleiterelement-Struktur kann von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme, wenn diese abrupt in kurzer Zeit zunimmt, durch eine Phasenänderung des Latentwärmespeichermaterials absorbiert werden, während die Kühlung des Halbleiterelements durch die Wärmesenke unter Normalbedingungen durchgeführt wird. Im Ergebnis kann ein Kühlen des Halbleiterelements hinsichtlich der Leistungsfähigkeit verbessert werden, wobei ein Volumenanstieg der Wärmesenke verhindert wird.
  • Die Wärmestrahlung kann von dem Wärmespeicherteil über das Wärmeübertragungsteil gefördert werden. Im Ergebnis kann das Wärmespeicherteil rasch gekühlt werden, was die Aufnahme einer fortwährenden, kurzzeitigen hohen Last ermöglicht.
  • Bevorzugt enthält bei der oben beschriebenen Halbleiterelement-Struktur das Wärmespeicherteil eine elektrisch leitfähige äußere Schale und das Latentwärmespeichermaterial ist in der äußeren Schale gehalten. Das Halbleiterelement und ein anderes Bauteil sind elektrisch mit der dazwischen liegenden äußeren Schale über das Wärmeübertragungsteil verbunden.
  • Mit dieser Struktur kann eine elektrische Verbindung mit dem Halbleiterelement durch Verwendung der äußeren Schale des Wärmespeicherteils hergestellt werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit, eine Verdrahtung so anzuordnen, dass das Wärmespeicherteil umgangen wird, was erlaubt, dass das Wärmespeicherteil eine große Fläche einnehmen kann. Damit kann die Kühlung des Halbleiterelements weiter leistungsmäßig verbessert werden.
  • Bevorzugt ist bei der oben beschriebenen Halbleiterelement-Struktur ein Belastungsabsorber in Form einer Mehrzahl von Vertiefungen in einer Oberfläche des Wärmespeicherteils ausgebildet, der in der Lage ist, Belastungen zu mindern, die in dem Wärmespeicherteil erzeugt werden, das an dem Halbleiterelement befestigt ist.
  • Diese Struktur kann einen Belastungsanstieg verhindern, der von einer Volumenänderung, die mit einer Phasenänderung des Latentwärmespeichermaterials einhergeht, sowie von den unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Wärmespeicherteil und Halbleiterelement herrührt.
  • Als Beispiel der Halbleiterelement-Struktur gemäß obiger Beschreibung ist das Halbleiterelement in einer Steuerung enthalten, welche eine sich drehende elektrische Maschine steuert, die ein Fahrzeug antreibt.
  • Wie oben beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung von dem Halbleiterelement erzeugte Wärme, selbst wenn diese abrupt in kurzer Zeit ansteigt, absorbiert werden, während eine Volumenzunahme der Wärmesenke verhindert ist.
  • Es sei festzuhalten, dass zwei oder mehr der oben beschriebenen Strukturen nach Bedarf kombiniert werden können.
  • Weitere Einzelheiten und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
  • Es zeigt:
  • 1 ein Schaltkreisdiagramm, das den Aufbau eines Hauptabschnitts einer PCU zeigt, bei der die Halbleiterelement-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
  • 2 eine Schnittdarstellung, welche eine Halbleiterelement-Struktur zeigt, die nicht unmittelbar Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Temperatur des Latentwärmespeichermaterials und der hiervon absorbierten Wärmemenge bei der Halbleiterelement-Struktur von 2 zeigt;
  • 4 eine Schnittdarstellung einer Abwandlung einer Halbleiterelement-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Schnittdarstellung einer anderen Abwandlung einer Halbleiterelement-Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine perspektivische Ansicht einer Wärmesenke, welche die Halbleiterelement-Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet; und
  • 7 eine Draufsicht auf ein Beispiel eines Zustands, in welchem ein Halbleiterelement an der Wärmesenke von 6 angeordnet ist.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei festzuhalten, dass gleiche oder einander entsprechende Abschnitte mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und eine Beschreibung hiervon nicht wiederholt werden muss.
  • In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sollen Beschreibungen von Anzahl, Mengen oder dergleichen den Umfang der Erfindung nicht einschränken, solange nicht anders angegeben. Weiterhin ist in den nachfolgenden Ausführungsformen nicht jedes Bauteil stets notwendig, solange nicht anders angegeben. Wenn eine Mehrzahl von Ausführungsformen möglich ist, wird selbstverständlich erwartet, dass Strukturen verschiedener Ausführungsformen geeignet kombiniert werden, solange nicht anders angegeben.
  • 1 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Aufbaus eines Hauptabschnitts einer PCU, bei der die Halbleiterelement-Struktur (nachfolgend auch als „Halbleiterelement-Kühlstruktur” bezeichnet) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Es sei festzuhalten, dass eine PCU 100 von 1 eine ”Steuerung für eine elektrische Rotationsmaschine, die ein Fahrzeug antreibt” darstellt.
  • Bezugnehmend auf 1 enthält die PCU 100 einen Konverter 110, Inverter 120 und 130, eine Steuerung 140 und Kondensatoren C1 und C2. Der Konverter 110 ist zwischen eine Batterie B und die Inverter 120 und 130 geschaltet und die Inverter 120 und 130 sind mit Motorgeneratoren MG1 bzw. MG2 verbunden.
  • Der Konverter 110 enthält Leistungstransistoren Q1 und Q2, Dioden D1 und D2 und eine Drossel L. Die Leistungstransistoren Q1 und Q2 sind in Serie geschaltet und empfangen jeweils an ihren Basen ein Steuersignal von der Steuerung 140. Die Dioden D1 und D2 sind zwischen den Kollektor und Emitter der entsprechenden Leistungstransistoren Q1 und Q2 geschaltet, um einen Stromfluss von der Emitterseite zur Kollektorseite der Leistungstransistoren Q1 und Q2 zu verursachen. Die Drossel L ist mit einem Ende mit einer Energieleitung PL1 verbunden, welche mit der positiven Elektrode der Batterie B verbunden ist und mit dem anderen Ende mit einem Knoten zwischen den Leistungstransistoren Q1 und Q2.
  • Der Konverter 110 verstärkt eine Gleichspannung von der Batterie B unter Verwendung der Drossel L und liefert die verstärkte Spannung an eine Energieleitung PL2. Weiterhin senkt der Konverter 110 die Gleichspannung von den Invertern 120 und 130 und lädt mit dieser Spannung die Batterie B.
  • Die Inverter 120 und 130 enthalten U-Phasenarme 121U und 131U, V-Phasenarme 121V und 131V und W-Phasenarme 121W und 131W. Der U-Phasenarm 121U, der V-Phasenarm 121V und der W-Phasenarm 121W sind parallel zwischen Knoten N1 und N2 geschaltet. Auf ähnliche Weise sind der U-Phasenarm 131U, der V-Phasenarm 131V und der W-Phasenarm 131W parallel zwischen die Knoten N1 und N2 geschaltet.
  • Der U-Phasenarm 121U enthält zwei seriengeschaltete Leistungstransistoren Q3 und Q4. Auf ähnliche Weise enthalten der U-Phasenarm 131U, die V-Phasenarme 121V und 131V und die W-Phasenarme 121W und 131W zwei seriengeschaltete Leistungstransistoren Q5 bis Q14. Zwischen Kollektor und Emitter eines jeden Leistungstransistors Q3 bis Q14 sind Dioden D3 bis D14 geschaltet, welche einen Stromfluss von der Emitterseite zur Kollektorseite verursachen.
  • Ein Mittelpunkt des Arms einer jeden Phase in den Invertern 120 und 130 ist mit einem Ende einer jeden Phase von Spulen entsprechender Phasen in den Motorgeneratoren MG1 und MG2 verbunden. Die Motorgeneratoren MG1 und MG2 sind durch drei Spulen von U-, V- und W-Phasen gebildet, von denen jeweils eine mit einem Ende gemeinsam mit einem Mittelpunkt verbunden ist.
  • Der Kondensator C1 ist zwischen Energieleitungen PL1 und PL2 geschaltet und glättet den Spannungspegel auf der Energieleitung PL1. Weiterhin ist der Kondensator C2 zwischen die Energieleitungen PL2 und PL3 geschaltet und glättet den Spannungspegel auf der Energieleitung PL2.
  • Die Inverter 120 und 130 wandeln eine Gleichspannung vom Kondensator C2 in eine Wechselspannung basierend auf einem Treibersignal von der Steuerung 140, um damit die Motorgeneratoren MG1 und MG2 anzutreiben.
  • Die Steuerung 140 berechnet Spulenspannungen für jeweilige Phasen der Motorgeneratoren MG1 und MG2 basierend auf einem Motordrehmomentanweisungswert, entsprechenden Phasenstromwerten der Motorgeneratoren MG1 und MG2 und Eingangsspannungen an den Invertern 120 und 130 und erzeugt basierend auf dem Rechenergebnis ein PWM-Signal (pulsbreitenmoduliertes Signal) und gibt dieses an die Inverter 120 und 130 zum Ein/Aus-Schalten der Leistungstransistoren Q3 bis Q14 aus.
  • Weiterhin berechnet die Steuerung 140 das Schaltverhältnis der Leistungstransistoren Q1 und Q2 zur Optimierung der Eingangsspannungen an die Inverter 120 und 130 basierend auf dem Motordrehmomentanforderungswert und der Motordrehzahl wie oben erwähnt und basierend auf dem Rechenergebnis wird an den Konverter 110 ein PWM-Signal ausgegeben, um die Leistungstransistoren Q1 und Q2 ein- und auszuschalten.
  • Weiterhin steuert die Steuerung 140 Schaltvorgänge der Leistungstransistoren Q1 bis Q14 des Konverters 110 und der Inverter 120 und 130, um die von den Motorgeneratoren MG1 und MG2 erzeugte Wechselspannung in Gleichspannung zu wandeln und damit die Batterie B zu laden.
  • Wenn die PCU 100 arbeitet, erzeugen die Leistungstransistoren Q1 bis Q14 und die Dioden D1 bis D14, welche den Konverter 110 und die Inverter 120 und 130 bilden, Wärme. Damit ist es notwendig, eine Kühlstruktur bereitzustellen, um eine Kühlung dieser Halbleiterelemente zu fördern.
  • 2 ist eine Schnittdarstellung, welche eine Halbleiterelement-Kühlstruktur zeigt, die nicht unmittelbar zum Gegenstand der beanspruchten Erfindung gehört, jedoch zur Vervollständigung der Offenbarung hier angeführt werden soll. Bezug nehmend auf 2 ist diese Halbleiterelement-Kühlstruktur so gebildet, dass sie ein Halbleiterelement 1 und eine Wärmesenke 2 enthält, auf der das Halbleiterelement 1 angeordnet ist.
  • Das Halbleiterelement 1 beinhaltet beispielsweise die Leistungstransistoren Q1 bis Q14 und Dioden D1 bis D14 von 1. Das Halbleiterelement 1 ist auf der Wärmesenke 2 mit einer dazwischen liegenden Anbringstruktur 1A angeordnet. Die Wärmesenke 2 ist aus einem Material mit relativ hohem Wärmeübertragungskoeffizienten, beispielsweise Kupfer oder Aluminium. In der Wärmesenke 2 ist ein Kühlmediumkanal 20 ausgebildet. Durch ein Kühlmedium, welches durch den Kühlmediumkanal 20 fließt, wird unter normalen Bedingungen die Kühlung des Halbleiterelements 1 erreicht.
  • An einer Oberfläche des Halbleiterelements 1 gegenüberliegend der Wärmesenke 2 (nachfolgend als ”obere Fläche” bezeichnet) ist ein Wärmespeicherteil 3 befestigt. Das Wärmespeicherteil 3 ist so ausgebildet, dass es ein Gehäuse 31 und ein Latentwärmespeichermaterial 32 im Gehäuse 31 enthält. Das Gehäuse 31 kann aus einem Metall mit einem relativ hohen Wärmeübertragungskoeffizienten und einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit sein, beispielsweise Kupfer. Ein Material, welches das Latentwärmespeichermaterial 32 bildet, kann nach Bedarf geändert werden. Beispielsweise kann Sn/Zn (mit einem Schmelzpunkt von 199°C), gelöstes Salz NaOH-KOH (mit einem Schmelzpunkt von 170°C) oder dergleichen verwendet werden. Das Wärmespeicherteil 3 hat eine Dicke von ungefähr 4 mm bis 5 mm, um ein Beispiel zu nennen.
  • 3 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Temperatur des Latentwärmespeichermaterials 32 und der hierin absorbierten Wärmemenge zeigt. Gemäß 3 nimmt, wenn das Latentwärmespeichermaterial 32 Wärme absorbiert, die Temperatur zu. Wenn jedoch das Latentwärmespeichermaterial 32 eine Phasenänderung durchläuft (hier von dem festen Phasenzustand in den flüssigen Phasenzustand) (mit anderen Worten, wenn das Latentwärmespeichermaterial 32 schmilzt), tritt ein Zustand ein, bei dem die Wärmeabsorption (Wärmemenge: ?Q) mittels der Schmelzwärme des Latentwärmespeichermaterials 32 stattfindet, wobei die Temperatur konstant bleibt. Hierbei wird der Schmelzpunkt T des Latentwärmespeichermaterials 32 höher als die Temperatur des Halbleiterelements 1 unter Normalbedingungen gesetzt und niedriger als eine Kühlsolltemperatur bei einem anormalen Temperaturanstieg des Halbleiterelements 1. Mit einer solchen Einstellung wird unter Normalbedingungen das Halbleiterelement 1 im Wesentlichen von der Wärmesenke 2 gekühlt und bei einem anormalen Temperaturanstieg kann die vom Halbleiterelement 1 erzeugte Wärme durch Verwendung der Schmelzwärme des Latentwärmespeichermaterials 32 absorbiert werden, wobei das Wärmespeicherteil 3 auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Im Ergebnis kann der Wert des Temperaturanstiegs des Halbleiterlelements 1 gesenkt werden.
  • Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 4 und 5 Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Gemäß 4 sind in der Oberfläche des Gehäuses 31 vom Wärmespeicherteil 3 kleine Vertiefungen 33 ausgebildet. Wenn das Halbleiterelement 1 Wärme erzeugt, kann in dem Wärmespeicherteil 3 aufgrund eines Unterschieds im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Wärmespeicherteil 3 und Halbleiterelement 1 eine Belastung erzeugt werden. Eine Volumenänderung des Latentwärmespeicherteils 3 während einer Phasenänderung kann eine Spannungsbelastung in dem Wärmespeicherteil 3 erzeugen. Die Bereitstellung der Vertiefungen 33 gemäß obiger Erläuterung mindert eine im Wärmespeicherteil 3 erzeugte Spannungsbelastung.
  • Weiterhin sind in der Ausführungsform gemäß 4 das Wärmespeicherteil 3 und die Wärmesenke 2 durch eine Wärmeübertragungsschicht 4 aus einem Metall mit relativ hohem Wärmeübertragungskoeffizienten, beispielsweise Kupfer verbunden. Da eine solche Verbindung erlaubt, dass Wärme vom Wärmespeicherteil 3 über die Wärmeübertragungsschicht 4 zur Wärmesenke 2 hin austritt, kann das Wärmespeicherteil 3 rasch gekühlt werden, was die Aufnahme einer durchgängigen, kurzzeitigen hohen Last ermöglicht.
  • Die Wärmeübertragungsschicht 4 muss nicht aus Metall gefertigt sein, sondern kann aus jeglichem Material sein, das einen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, der höher als derjenige von Luft ist.
  • In der Ausführungsform von 5 sind das Halbleiterelement 1 und eine Busschiene 5 elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Gehäuse 31 und der Wärmeübertragungsschicht 4 dazwischen verbunden. In dem Beispiel von 5 sind zwei Halbleiterelemente 1 vorgesehen, wobei ein Wärmespeicherteil 3A auf der oberen Fläche eines der Halbleiterelemente 1 angeordnet ist und ein Wärmespeicherteil 3B auf der oberen Fläche des anderen der Halbleiterelemente 1. Die Wärmespeicherteile 3A und 3B und die Busschiene 5 sind mit der Wärmeübertragungsschicht 4 verbunden. Hierbei umfassen die beiden Halbleiterelemente 1 beispielsweise den Leistungstransistor Q3 und die Diode D3 in dem U-Phasenarm 121U. Mit dem Aufbau gemäß 5 besteht, wenn die Busschiene 5 und die Halbleiterelemente 1 mittels der Wärmeübertragungsschicht 4 elektrisch verbunden werden, keine Notwendigkeit, eine Verdrahtung derart anzuordnen, dass das Wärmespeicherteil 3 auf der oberen Fläche der Halbleiterelemente 1 umgangen wird, was erlaubt, dass das Wärmespeicherteil 3 eine große Fläche einnehmen kann. Damit kann die Kühlung der Halbleiterelemente 1 leistungsmäßig weiter verbessert werden.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Wärmesenke, welche die oben beschriebene Kühlstruktur bildet. 7 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel eines Zustands, bei dem ein Halbleiterelement auf der Wärmesenke von 6 angeordnet ist. Bezug nehmend auf die 6 und 7 hat die Wärmesenke 2 eine Anbringoberfläche 2A, auf der das Halbleiterelement 1 angeordnet ist. Gemäß 7 sind Halbleiterelemente 1 (Leistungstransistoren Q1 bis Q14 und Dioden D1 bis D14) im Konverter 110 und den Invertern 120 und 130 an der Anbringoberfläche 2A angebracht. Die Wärmesenke 2 enthält einen Einlass 6 und einen Auslass 7. Das von einem Radiator (nicht gezeigt) gekühlte Kühlmedium wird vom Einlass 6 der Wärmesenke 2 zugeführt und fließt durch den Kühlmediumkanal 20 in der Wärmesenke 2. Nach Durchfließen des Kühlmediumkanals 20 wird das Kühlmedium durch den Auslass 7 abgegeben und zur erneuten Kühlung zu dem Radiator geführt. Auf diese Weise wird eine Kühlung des Halbleiterelements 1 gefördert.
  • Der Inhalt der obigen Beschreibung sei nachfolgend zusammengefasst: Die Halbleiterelementkühlstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält insbesondere das Halbleiterelement 1, die Wärmesenke 2, auf der das Halbleiterelement 1 angeordnet ist und das Wärmespeicherteil 3, welches am Halbleiterelement 1 derart angeordnet ist, dass es bezüglich des Halbleiterelements 1 gegenüberliegend der Wärmesenke 2 liegt und welches das Gehäuse 31 aufweist, welches als ”äußere Schale” dient und in der sich das Wärmespeichermaterial 32 befindet.
  • In der Ausführungsform von 4 ist das Wärmespeicherteil 3 mit der Wärmesenke 2, die als ”anderes Bauteil” dient, mit der Wärmeübertragungsschicht 4 verbunden, welche als ”Wärmeübertragungsteil” dient und dazwischen liegt.
  • Weiterhin sind in der Ausführungsform von 4 die kleinen Vertiefungen 33 in dem Wärmespeicherteil 3 ausgebildet, die als ”Belastungsabsorber” dienen und in der Lage sind, Belastungen zu mindern, die in dem Wärmespeicherteil 3 erzeugt werden, das an dem Halbleiterelement 1 befestigt ist.
  • In der Ausführungsform von 5 sind das Halbleiterelement 1 und die Busschiene 5, die als ”anderes Bauteil” dienen, elektrisch mit dem dazwischen liegenden, elektrisch leitfähigen Gehäuse 31 verbunden.
  • Wie oben beschrieben kann bei der Halbleiterelement-Kühlstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform vom Halbleiterelement 1 erzeugte Wärme, wenn diese abrupt in kurzer Zeit ansteigt, durch eine Phasenänderung des Latentwärmespeicherteils 3 absorbiert werden, während das Halbleiterelement unter normalen Bedingungen von der Wärmesenke 2 gekühlt wird. Damit kann die Kühlung des Halbleiterelements 1 leistungsmäßig verbessert werden, während verhindert ist, dass die Wärmesenke 2 allzu große Abmessungen erhält.

Claims (5)

  1. Eine Halbleiterelement-Struktur, aufweisend: wenigstens ein Halbleiterelement (1); eine Wärmesenke (2), auf der das Halbleiterelement (1) angeordnet ist; und wenigstens ein Wärmespeicherteil (3), welches an dem Halbleiterelement (1) derart angeordnet ist, dass es bezüglich des Halbleiterelements (1) gegenüberliegend der Wärmesenke (2) liegt und welches ein Latentwärmespeichermaterial (32) enthält, wobei die Halbleiterelement-Struktur weiterhin ein Wärmeübertragungsteil (4) aufweist, welches das Wärmespeicherteil (3) mit der Wärmesenke (2) oder einer auf der Wärmesenke (2) angeordneten Busschiene (5) verbindet, wobei das Wärmeübertragungsteil (4) einen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, der höher als der Wärmeübertragungskoeffizient von Luft ist.
  2. Die Halbleiterelement-Struktur nach Anspruch 1, wobei das Wärmespeicherteil (3) eine elektrisch leitfähige äußere Schale (31) enthält, wobei das Latentwärmespeichermaterial (32) in der äußeren Schale (31) gehalten ist und das Halbleiterelement (1) und die Busschiene (5) elektrisch mit der äußeren Schale (31) über das Wärmeübertragungsteil (4) dazwischen verbunden sind.
  3. Die Halbleiterelement-Struktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Mehrzahl von Vertiefungen (33) in einer Oberfläche des Wärmespeicherteils (3) ausgebildet ist, die Belastungen aufnehmen können, welche in dem Wärmespeicherteil (3) erzeugt werden, das an dem Halbleiterelement (1) befestigt ist.
  4. Die Halbleiterelement-Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Halbleiterelement (1) in einer Steuerung für eine drehende elektrische Maschine (MG1, MG2) eines Fahrzeugs enthalten ist.
  5. Die Halbleiterelement-Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Wärmespeicherteil (3) auf einer gesamten oberen Oberfläche des Halbleiterelements (1) angeordnet ist.
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