EP4275227A1 - Halbleitermodul mit einem substrat und zumindest einem auf dem substrat kontaktierten halbleiterbauelement - Google Patents

Halbleitermodul mit einem substrat und zumindest einem auf dem substrat kontaktierten halbleiterbauelement

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Publication number
EP4275227A1
EP4275227A1 EP22717818.3A EP22717818A EP4275227A1 EP 4275227 A1 EP4275227 A1 EP 4275227A1 EP 22717818 A EP22717818 A EP 22717818A EP 4275227 A1 EP4275227 A1 EP 4275227A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling element
semiconductor module
substrate
semiconductor
planar cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22717818.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Müller
Stephan Neugebauer
Florian Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4275227A1 publication Critical patent/EP4275227A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates

Definitions

  • Semiconductor module with a substrate and at least one semiconductor component contacted on the substrate
  • the invention relates to a semiconductor module having a substrate and at least one semiconductor component contacted on the substrate, the substrate being connected to a heat sink, in particular in a materially bonded manner.
  • the invention relates to a power converter with at least one such semiconductor module.
  • the invention relates to a method for producing a semiconductor module with a substrate and at least one semiconductor component that is contacted on the substrate, the substrate being connected to a heat sink, in particular in a materially bonded manner.
  • Such semiconductor modules are generally used in a power converter.
  • a power converter is to be understood, for example, as a rectifier, an inverter, an order converter or a DC-DC converter.
  • the published application EP 3 625 823 A1 describes a power module with at least one power semiconductor, in particular a power transistor, which has a first contact surface and a second contact surface opposite the first contact surface, and a substrate which has at least two interconnected ones arranged one above the other. ne layers.
  • the first layer comprises a first dielectric material with at least one first metallization
  • the First metallization is arranged on a side facing the second layer
  • the second layer comprising a second dielectric material with at least one second metallization
  • the second metallization being arranged on a side facing away from the first metallization
  • the power semiconductor being connected via the first Contact surface is connected to the first metallization
  • the power semiconductor being arranged in a first recess of the second layer, with a metallic first encapsulation being net such that the power semiconductor is encapsulated in a fluid-tight manner and the second contact surface of the power semiconductor eiters via the first encapsulation is electrically conductively connected to the second metallization.
  • the published application EP 3 547 360 A1 describes a semiconductor assembly comprising a carrier element with a first carrier element conductor track, a semiconductor, an electrically insulating element, having a first insulation element conductor track, and a first spacer element, the semiconductor on a first semiconductor side is electrically and mechanically connected to the first carrier element conductor track by means of a first connecting material, wherein the semiconductor is connected to a second semiconductor side, which faces away from the first semiconductor side of the semiconductor, by means of a second connecting material to the first insulating element conductor track, which is to a first insulating element is arranged side of the electrically insulating element, is electrically and mechanically connected and wherein the first spacer element for maintaining a distance between the Trä gerelement and one of the second semiconductor side of the semiconductor age facing assembly element angeo ranks and each with the support member and the assembly member is mechanically connected.
  • the published application EP 3751 605 A1 describes an electronic circuit with a first and a second circuit carrier and a first and a second semiconductor component.
  • the first semiconductor component rests with an upper side on an underside of the first circuit carrier and with an underside on an upper side of the second circuit carrier.
  • the first circuit carrier has a first via, which connects the first semiconductor component to a first conductor track.
  • the first circuit carrier has a second via, which electrically connects a connecting element arranged between the circuit carriers to a further conductor track. A cohesive connection between the circuit carriers is produced via the first connecting element.
  • the second semiconductor component rests against the underside of the first circuit carrier and is electrically connected to the first or second conductor track.
  • the published application WO 2020/207669 A1 describes a heat transfer device which comprises at least one heat-dissipating structure and at least one heating chamber, the heat-dissipating structure and the heating chamber being coupled to form a closed thermal circuit, the heat-dissipating structure comprising an outlet channel which is heat chamber and which opens into at least one return duct at an end remote from the heat chamber, the return duct being smaller in size than the outlet duct and opening into the heat chamber, and the at least one heat chamber being a boiling or steam chamber and the at least one heat-dissipating chamber structure is a channel structure with vapor regions and liquid regions, the heating chamber and the heat-dissipating structure together forming a pulsating or oscillating heating structure mechanism.
  • the published application US 2020/118986 A1 describes a semiconductor arrangement having semiconductor modules that are sealed with a resin and each have first and second connection terminals that protrude from the resin, a capacitor with third and fourth connection terminals, a cooler, the semiconductor modules and directly contacts the capacitor, a busbar having a first busbar connecting the first terminal to the third terminal, a second busbar connecting the second terminal to the fourth terminal, and a first insulating layer sandwiching the first and second busbars is arranged.
  • the invention is based on the object of specifying a semiconductor module arrangement which, compared to the prior art, enables more effective cooling.
  • a semiconductor module of the type mentioned at the outset comprises a flat cooling element which has a hermetically sealed channel structure in which a heat transport medium is arranged, with a pulsating heat pipe is formed, with a thermal connection between a side of the at least one semiconductor component facing away from the substrate and the heat sink being produced via the planar cooling element, with a shape of the planar cooling element being adapted to a height profile of the respective circuit layout, which has at least height offsets is.
  • the object is achieved according to the invention by a power converter with at least one such semiconductor module arrangement.
  • the object is achieved according to the invention in that, in a method for producing a semi- conductor module of the type mentioned above, a thermal connection between a side of the at least one semiconductor component facing away from the substrate and the heat sink is established via a planar cooling element, with the planar cooling element having a hermetically sealed channel structure in which a heat transport medium is arranged, with the hermetically sealed channel structure and the heat transport medium forms a pulsating heat pipe, with a shape of the planar cooling element being adapted to a height profile of the respective circuit layout, which has at least height offsets.
  • a pulsating heat pipe also known as an oscillating heat pipe (OHP)
  • PHP pulsating heat pipe
  • OHP oscillating heat pipe
  • a pulsating heat pipe is a device for heat transfer with a closed channel structure in which a heat transport medium, in particular a heat transport fluid , is arranged in such a way that vapor segments and liquid segments alternately form along the channel structure due to the surface tension of the heat transport medium.
  • These vapor and liquid segments are excited to pulsate or oscillate by a temperature gradient.
  • the vapor segments expand due to the higher temperature; In addition, it det the liquid heat transport medium there and absorbs latent heat.
  • the semiconductor module has a substrate and at least one semiconductor component contacted on the substrate, the substrate being connected to a heat sink, in particular in a materially bonded manner.
  • the semiconductor component can be designed as a transistor, in particular as an insulated gate bipolar transistor. Furthermore, the transistor can have an antiparallel le diode. Alternatively, the semiconductor component can be designed as a digital logic module, in particular as a field programmable gate array (FPGA), or as another semiconductor.
  • the heat sink includes, for example, a base plate and/or a heat sink.
  • the additional heat path which runs, for example, on an upper side of the semiconductor module, is generated by a thermal connection between a side of the at least one semiconductor component and the heat sink, facing away from the substrate, being produced by a flat cooling element.
  • a cooling element is considered to be two-dimensional in particular if its thickness, for example in the case of an essentially rectangular base area, is no more than 10% of an average value from a shortest and a longest side length, with the length of the shortest side being at least 10% of the length of the longest side .
  • a maximum thickness of the flat cooling element is 4 mm, in particular 2 mm.
  • the planar cooling element is in contact with a metallization of the substrate and/or with the heat sink and with a contact surface of the semiconductor component, which is arranged on a side facing away from the substrate.
  • the flat cooling element has a hermetically sealed channel structure in which a heat transport medium is arranged, with a pulsating heat pipe being formed through the hermetically sealed channel structure and the heat transport medium.
  • a channel structure can be realized, for example, by means of a sheet metal structure.
  • the heat transfer medium is designed in particular as a heat transfer fluid containing, for example, water, acetone or methanol.
  • the channel structure includes, for example, channels with a circular cross-section, the circular cross-section in particular has a maximum diameter of 3 mm, in particular 1 mm.
  • the ducts of the hermetically sealed duct structure are arranged in a meandering and/or looped manner, so that heat is spread through the pulsating heat pipe.
  • a direction of heat flow can be flexibly adjusted through the course of the channels.
  • the additional heat path and the heat spread enable effective heat dissipation.
  • the temperatures in the semiconductor module are homogenized, which has a positive effect on a service life or on robustness against one-sided load cases. Such a homogenization of the temperatures is particularly advantageous when using semiconductors connected in parallel within the module.
  • a main heat path, which runs via the substrate to the heat sink, is relieved by two-sided heat dissipation.
  • a shape of the planar cooling element is adapted to a height profile of the respective circuit layout, which has at least height offsets.
  • Adaptation to the height profile of the circuit layout compensates for height and possibly angular offsets, e.g. due to the semiconductor components and additional wiring.
  • Geometric adaptability to the respective circuit layout means that intermediate elements can be dispensed with, which reduces thermal contact resistance. Furthermore, a thickness and thus a neces sary installation space is reduced.
  • planar cooling element is designed to be flexible, at least in sections.
  • the design which is flexible at least in sections, enables reshaping by deformation. Furthermore, a reliable heat dissipation is guaranteed by the flexible design, at least in sections, even in the case of alternating thermal loads in particular.
  • a further embodiment provides that the flat cooling element is cohesively or non-positively connected to the half conductor component is connected.
  • a material connection can be made, for example, by soldering, sintering or gluing, which leads to a stable connection with low thermal contact resistance.
  • a non-positive connection can be produced, for example, by at least one elastic pressing element. Such a connection is easily detachable and easy to implement.
  • a further embodiment provides that the planar cooling element is at least partially produced by means of an additive process.
  • an additive method is, for example, selective laser sintering (SLS) or an extrusion method, as a result of which even complex geometries, which in particular contain a plastic, can be produced comparatively simply and inexpensively.
  • SLS selective laser sintering
  • extrusion method an extrusion method
  • planar cooling element is produced by means of a casting process.
  • a casting method is, for example, gas injection or centrifugal casting.
  • Such a casting process can be reproduced inexpensively and reliably, particularly in the case of large quantities.
  • the flat cooling element is made from profiled and joined metal sheets.
  • Such sheets contain, for example, copper and have an at least partially wavy profile.
  • Profiling is produced, for example, by bending, embossing or milling.
  • At least two metal sheets are connected, for example, by means of a non-detachable connection, in particular a welded connection and/or soldered connection, in a materially bonded manner, so that channels are formed between the metal sheets.
  • Such a flat cooling element can be produced easily and inexpensively.
  • the hermetically sealed channel structure has a finally formed channel which is produced from a preformed channel by deformation of the planar cooling element, with a geometry of the finally formed channel differing from a geometry of the preformed channel.
  • a geometry of a channel is defined in particular by a cross section.
  • the geometry of the finally formed channel is a target geometry that includes a circular channel cross-section, with the pre-formed channel having an oval cross-section, for example.
  • Such a preformed channel ensures that the channel structure includes sufficiently open channels even if the planar cooling element is deformed.
  • planar cooling element is at least partially made of a thermally conductive and electrically insulating material.
  • Such a material is, for example, a ceramic material or a plastic, in particular filled with a ceramic material.
  • a material of this type means that a dedicated insulation layer 20 is not required, for example, so that thermal contact resistances are reduced.
  • the planar cooling element is made from a metallic material, with an insulation layer being arranged between the semiconductor component and the planar cooling element.
  • the metallic cal material contains, for example, copper or aluminum.
  • the insulation layer is designed, for example, as a film, in particular an existing film, which is made in particular from an insulating material, so that heat generated in the semiconductor component can be efficiently dissipated via the planar cooling element made from the metallic material.
  • the planar cooling element is made at least partially from a metallic material, the planar cooling element being in direct contact with a contact area of the semiconductor component.
  • Direct contact is to be understood as meaning a direct contact, which includes, for example, connecting means for producing a material connection, such as adhesive, solder or sinter paste, an additional connecting element such as an additional conductor, a sheet metal or a spacer, in particular between the flat cooling element and the contact area of the semiconductor component, but excludes.
  • a material connection such as adhesive, solder or sinter paste
  • an additional connecting element such as an additional conductor, a sheet metal or a spacer, in particular between the flat cooling element and the contact area of the semiconductor component, but excludes.
  • the flächi ge cooling element made of a metallic material is cohesively connected to the contact surface of the semiconductor component and to the first metallization of the substrate.
  • the material connection is made by soldering, for example. Such an un indirect connection reduces thermal contact resistances.
  • a further embodiment provides that the planar cooling element is configured to conduct a load current of the contacted semiconductor component.
  • the flat cooling element thus acts as a conductor. This saves installation space and costs.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a semiconductor module in cross section
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of a semiconductor module in cross section
  • 3 shows a schematic representation of a deformation of a flat cooling element
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a third embodiment of a semiconductor module in cross section
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a fourth embodiment of a semiconductor module in cross section
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a fifth embodiment of a semiconductor module in cross section
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a sixth embodiment of a semiconductor module in cross section
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a power converter with a semiconductor module.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than that shown .
  • the described embodiments can also be supplemented by other features of the invention that have already been described.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of a semiconductor module 2, which comprises a substrate 4 and semiconductor components 6 contacted on the substrate 4.
  • the substrate 4 has a, in particular structured, first metallization 8, on which the semiconductor components 6 are contacted.
  • the first metalization 8, which is structured in particular, is made, for example, as a copper cladding.
  • the semiconductor components 6 are integrally connected to the first metallization 8 of the substrate 4 .
  • the material connection is produced, for example, by soldering, gluing or sintering.
  • the substrate 4 has, on a side facing away from the semiconductor components 6, a second metallization 10 which, for example, contains copper and is electrically insulated from the first metallization 8 by a dielectric material layer 12 and is thermally conductively connected.
  • the dielectric material layer 12 has, for example, a thickness of 25 ⁇ m to 400 ⁇ m, in particular 50 ⁇ m to 300 ⁇ m, and contains a ceramic material, for example aluminum nitride or aluminum oxide, or an organic material, for example a polyamide.
  • the substrate 4 can alternatively be embodied as an IMS substrate in which the second metallization 10 in particular is omitted.
  • the semiconductor components 6 in FIG. 1 are in the form of a transistor T, in particular an insulated gate bipolar transistor (IGBT), with an antiparallel diode D, for example.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • a control contact, in particular a gate contact, of the IGBT is not shown in FIG.
  • at least one semiconductor component 6 is designed as a digital logic module, in particular as a field programmable gate array (FPGA), or as another semiconductor.
  • the semiconductor components 6 have a contact surface 14 on a side facing away from the substrate 4 .
  • the contact surfaces 14 of the semiconductor components 6 are connected to the first metallization 8 of the substrate 4 via a planar conductor connection 16 .
  • the planar conductor connection 16 is designed as copper sheet, for example.
  • a flat cooling element 18 is in a thermally conductive connection with the contact surfaces 14 of the semiconductor components 6.
  • the flat cooling element 18 is, for example, made of a metallic material, which in particular is copper and/or aluminum, is produced, with an insulating layer 20 made of a thermally conductive and electrically insulating material, for example a plastic or a ceramic material, being arranged between the semiconductor components 6 and the planar cooling element 18 .
  • the insulation layer 20 is designed, for example, as a film, in particular an already existing film, which is made in particular from an insulating material.
  • the flat cooling element 18 is integrally connected to the semiconductor components 6 .
  • planar conductor connection 16 is soldered to the contact surfaces 14 of the semiconductor elements 6, while the insulation layer 20 is bonded to the planar conductor connection 16 and the planar cooling element 18 to the insulation layer 20 by adhesion.
  • the insulating layer 20 can alternatively be part of the planar conductor connection 16 and/or of the planar cooling element 18 made of a metallic material.
  • an insulation layer 20 is produced by controlled oxidation of the metallic material or applied by an additive process, for example cold gas spraying.
  • the planar cooling element 18 can alternatively be made of an electrically insulating material and an electrically conductive material, which, in particular, is cohesively connected to the electrically insulating material, with the electrically insulating material at least in the area of the contact to the contact surfaces 14 of the semiconductor components 6 is arranged so that a dedicated insulating layer 20 is not required.
  • the flat cooling element 18, which, for example, has a thickness of 0.5 mm to 4 mm, in particular 0.5 mm to 2 mm, comprises a hermetically sealed channel structure 22, in which a heat transport medium 24 is arranged, with the hermetically closed channel structure 22 and the heat transport medium 24 is a pulsating heat pipe 26 is formed.
  • the heat transfer medium 24 is designed in particular as a heat transfer fluid, which for example water, acetone or methanol.
  • the channel structure 22 includes, for example, channels with a circular cross-section, the circular cross-section having a maximum diameter of 3 mm, in particular 1 mm.
  • the channels of the channel structure 22 are arranged in a meandering and/or loop-like manner, so that the pulsating heat pipe 26 spreads heat.
  • the flat cooling element 18 is designed to be flexible, at least in sections, with a shape of the flat cooling element 18 being adapted to a height profile of the circuit layout.
  • planar cooling element 18 with the pulsating heat pipe 26 creates a second heat path on the upper side of the semiconductor module 2 which dissipates the heat generated in the semiconductor components 6 to the heat sink 28 .
  • This second heat path relieves a main heat path, which runs over the substrate 4, and at the same time takes on the function of additional rather heat spreading on the heat sink 28 and within the semiconductor module 2.
  • the flat cooling element 18 is non-positively connected to the heat sink 28 , the non-positive connection being produced by elastic pressing elements 34 .
  • the elastic pressing elements 34 which are connected to a housing 36, are designed, for example, as spring contacts, which in particular comprise a leaf spring or a spiral spring.
  • the flat cooling element 18 can be made at least partially from a thermally conductive and electrically insulating material.
  • a thermally conductive and electrically insulating material is, for example, a plastic that is in particular filled with a ceramic material.
  • the flat cooling element 18 is produced, for example, by means of an additive process, in particular by an extrusion process or selective laser sintering (SLS).
  • the flat cooling element 18 is produced by means of a casting process, eg centrifugal casting, gas injection, or by welding, soldering or gluing suitably bent or embossed metal sheets.
  • a spatially evenly produced base body can be bent, drawn or embossed, so that its surfaces are in a suitable correlation to the height profile of the circuit layout, in particular to the electronic components to be cooled. Mechanical stresses and gaps are thus prevented in the best possible way.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a third design from a semiconductor module 2 in cross section.
  • the flä CHIGE cooling element 18 with the pulsating heat pipe 26 protrudes over the heat sink 30 with the base plate 32, wherein further heat sinks 44, 46 are contacted on both sides at least non-positively at a protruding end 42.
  • At least one of the two heat sinks 44, 46 can include a printed circuit board, in particular a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the flat cooling element 18 with the pulsating heat pipe 26 projects beyond the cooling body 30 with the base plate 32, with a further heat sink 44 being contacted at a protruding end 42.
  • the flat cooling element 18 is cohesively connected to the heat sink 30, to the semiconductor components 6 and to the further heat sink 44.
  • the flat cooling element 18 is arranged perpendicular to the material connection with the heat sink 30 in the area of the material connection with the further heat sink 44 .
  • the further heat sink 44 can include a printed circuit board, in particular a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a fifth embodiment of a semiconductor module 2 in cross section.
  • the flat cooling element 18 is in contact with the contact surface 14 of the semiconductor component 6 designed as a transistor T and with the first metallization 8 of the substrate 4, so that a thermal connection is established between the contact surface 14 of the semiconductor component 6 and the heat sink 28.
  • a control contact of the transistor T is not shown in FIG.
  • the flat cooling element 18 is made of a me-metallic material and is designed as a conductor which is contacted directly with the contact surface 14 of the semi-conductor component 6 .
  • Immediate contact is understood to mean direct contact that includes connecting means for producing the material connection, such as adhesive, solder or sinter paste, but excludes an additional connecting element such as an additional conductor, a sheet metal or a spacer .
  • the flat cooling element 18 made of a metallic material is conclusively connected to the contact surface 14 of the element 6 Halbleiterbauele and with the first metallization 8 of the substrate 4.
  • the integral connection is made, for example, by soldering.
  • the planar cooling element 18 made of a metallic material conducts a load current of the contacted semiconductor component 6, so the planar cooling element 18 acts as a conductor.
  • a further heat sink 44 which is arranged running parallel to the substrate 4, for example, is in contact with the planar cooling element 18.
  • the further heat sink 44 can include a printed circuit board, in particular a printed circuit board (PCB).
  • the further heat sink 44 can press the planar cooling element 18, in particular additionally, onto the contact surface 14 of the semiconductor component 6.
  • the further heat sink 44 has, for example, a coating with a thermally conductive insulator, in particular a ceramic material, at least in the area of contact with the planar cooling element 18 .
  • an insulating layer 20 is arranged between the planar cooling element 18 and the further heat sink 44, as shown in FIG.
  • a plastic film can be laminated onto the flat cooling element 18 for targeted insulation.
  • the planar cooling element 18 can be made of a composite material that has an insulating material at least in the area of contact with the additional heat sink 44, so that a dedicated insulating layer 20 is not required.
  • the flat cooling element 18 can be designed as an IMS substrate or as a 3D-MID.
  • the further design of the semiconductor module 2 in FIG. 6 corresponds to that in FIG. 7 shows a schematic representation of a sixth design from a semiconductor module 2 in cross section.
  • the flat cooling element 18 is folded and additionally arranged to run between the substrate 4 and the heat sink 28, so that the semiconductor components 6 are cooled on both sides by the pulsating heat pipe 26, whereby a homogeneous temperature distribution is achieved.
  • the further design of the semiconductor module 2 in FIG. 7 corresponds to that in FIG.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a power converter 48 with a semiconductor module 2.
  • the power converter 48 can include more than one semiconductor module 2.
  • FIG. In summary, the invention relates to a semiconductor module 2 with a substrate 4 and at least one semiconductor component 6 contacted on the substrate 4, the substrate 4 being connected to a heat sink 28, in particular in a materially bonded manner.
  • a planar cooling element 18 which has a hermetically sealed channel structure 22, in which a heat transport medium is arranged around 24, with the hermetically sealed channel structure 22 and the heat transport medium 24 is a pulsating heat pipe 26 , a thermal connection between a side of the at least one semiconductor component 6 facing away from the substrate 4 and the heat sink 28 being produced via the planar cooling element 18 .

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul (2) mit einem Sub- strat (4) und zumindest einem auf dem Substrat (4) kontak- tierten Halbleiterbauelement (6), wobei das Substrat (4), insbesondere stoff schlüssig, mit einer Wärmesenke (28) ver- bunden ist. Um, im Vergleich zum Stand der Technik, eine ef- fektivere Entwärmung zu ermöglichen, wird ein flächiges Küh- lelement (18) vorgeschlagen, welches eine hermetisch ver- schlossene Kanalstruktur (22) aufweist, in welcher ein Wär- metransportmedium (24) angeordnet ist, wobei durch die herme- tisch verschlossene Kanalstruktur (22) und das Wärmetrans- portmedium (24) eine pulsierende Heatpipe (26) ausgebildet ist, wobei über das flächige Kühlelement (18) eine thermische Verbindung zwischen einer dem Substrat (4) abgewandten Seite des zumindest einen Halbleiterbauelements (6) und der Wärme- senke (28) herstellt ist, wobei eine Form des flächigen Küh- lelements (18) an ein Höhenprofil des jeweiligen Schaltungs- layouts, welches zumindest Höhenversätze aufweist, angepasst ist.

Description

Beschreibung
Halbleitermodul mit einem Substrat und zumindest einem auf dem Substrat kontaktierten Halbleiterbauelement
Die Erfindung betrifft ein Halbleitermodul mit einem Substrat und zumindest einem auf dem Substrat kontaktierten Halblei terbauelement, wobei das Substrat, insbesondere stoffschlüs sig, mit einer Wärmesenke verbunden ist.
Ferner betrifft die Erfindung einen Stromrichter mit mindes tens einem derartigen Halbleitermodul.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her stellung eines Halbleitermoduls mit einem Substrat und zumin dest einem auf dem Substrat kontaktierten Halbleiterbauele ment, wobei das Substrat, insbesondere stoffschlüssig, mit einer Wärmesenke verbunden wird.
Derartige Halbleitermodule kommen in der Regel in einem Stromrichter zum Einsatz. Unter einem Stromrichter ist bei spielsweise ein Gleichrichter, ein Wechselrichter, ein Um richter oder ein Gleichspannungswandler zu verstehen.
Mit der fortschreitenden Miniaturisierung in der Aufbau- und Verbindungstechnik, beispielsweise durch eine planare Aufbau- und Verbindungstechnik, nimmt die Leistungsdichte in Halb leitermodulen zu. Um Elektronikausfälle durch thermische Überlastungen zu vermeiden, werden daher immer effektivere, aber auch kostengünstigere Konzepte zum Entwärmen von Halb leiterbauelementen benötigt.
Die Offenlegungsschrift EP 3 625 823 Al beschreibt ein Leis tungsmodul mit mindestens einem Leistungshalbleiter, insbe sondere einem Leistungstransistor, welcher eine erste Kon taktfläche und eine der ersten Kontaktfläche gegenüberliegen de zweite Kontaktfläche aufweist, und einem Substrat, welches zumindest zwei übereinander angeordnete miteinander verbünde- ne Lagen umfasst. Um eine, im Vergleich zum Stand der Tech nik, höhere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit zu erreichen und eine niederinduktive planare Anbindung des mindestens ei nen Leistungshalbleiters zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die erste Lage ein erstes dielektrisches Material mit zumindest einer ersten Metallisierung umfasst, wobei die ers te Metallisierung auf einer der zweiten Lage zugewandten Sei te angeordnet ist, wobei die zweite Lage ein zweites dielekt risches Material mit zumindest einer zweiten Metallisierung umfasst, wobei die zweite Metallisierung auf einer der ersten Metallisierung abgewandten Seite angeordnet ist, wobei der Leistungshalbleiter über die erste Kontaktfläche mit der ers ten Metallisierung verbunden ist, wobei der Leistungshalblei ter in einer ersten Aussparung der zweiten Lage angeordnet ist, wobei eine metallische erste Kapselung derartig angeord net ist, dass der Leistungshalbleiter fluiddicht gekapselt ist und die zweite Kontaktfläche des Leistungshalbleiters über die erste Kapselung elektrisch leitend mit der zweiten Metallisierung verbunden ist.
Die Offenlegungsschrift EP 3 547 360 Al beschreibt eine Halb leiterbaugruppe, umfassend ein Trägerelement mit einer ersten Trägerelement-Leiterbahn, einen Halbleiter, ein elektrisch isolierendes Element, aufweisend eine erste Isolationsele ment-Leiterbahn, und ein erstes Abstandselement, wobei der Halbleiter an einer ersten Halbleiterseite mittels eines ers ten Verbindungsmaterials mit der ersten Trägerelement- Leiterbahn elektrisch und mechanisch verbunden ist, wobei der Halbleiter an einer zweiten Halbleiterseite, welche von der ersten Halbleiterseite des Halbleiters abgewandt ist, mittels eines zweiten Verbindungsmaterials mit der ersten Isolations element-Leiterbahn, welche an einer ersten Isolationselement seite des elektrisch isolierenden Elements angeordnet ist, elektrisch und mechanisch verbunden ist und wobei das erste Abstandselement zum Halten eines Abstands zwischen dem Trä gerelement und einem der zweiten Halbleiterseite des Halblei ters zugewandten Baugruppenelement angeordnet und jeweils mit dem Trägerelement und dem Baugruppenelement mechanisch ver bunden ist.
Die Offenlegungsschrift EP 3751 605 Al beschreibt einen elektronischen Schaltkreis mit einem ersten und einem zweiten Schaltungsträger sowie einem ersten und einem zweiten Halb leiterbauelement. Das erste Halbleiterbauelement liegt mit einer Oberseite an einer Unterseite des ersten Schaltungsträ- gers an sowie mit einer Unterseite an einer Oberseite des zweiten Schaltungsträgers. Der erste Schaltungsträger weist eine erste Durchkontaktierung auf, welche das erste Halblei terbauelement mit einer ersten Leiterbahn verbindet. Der ers te Schaltungsträger weist eine zweite Durchkontaktierung auf, welche ein zwischen den Schaltungsträgern angeordnetes Ver bindungselement mit einer weiteren Leiterbahn elektrisch ver bindet. Über das erste Verbindungselement wird eine stoff schlüssige Verbindung zwischen den Schaltungsträgern herge stellt. Das zweite Halbleiterbauelement liegt an der Unter seite des ersten Schaltungsträgers an und ist elektrisch mit der ersten oder zweiten Leiterbahn verbunden.
Die Offenlegungsschrift WO 2020/207669 Al beschreibt eine Wärmeübertragungsvorrichtung welche mindestens eine wärmeab- leitende Struktur und mindestens eine Wärmekammer umfasst, wobei die wärmeableitende Struktur und die Wärmekammer zu ei nem geschlossenen thermischen Kreislauf gekoppelt sind, wobei die wärmeableitende Struktur einen Ausgangskanal umfasst, der von der Wärmekammer abgeht und der an einem von der Wärmekam mer abgewandten Ende in mindestens einen Rücklaufkanal mün det, wobei der Rücklaufkanal kleiner dimensioniert ist als der Ausgangskanal und in die Wärmekammer mündet und wobei die mindestens eine Wärmekammer eine Siede- oder Dampfkammer ist und die mindestens eine wärmeableitende Struktur eine Kanal struktur mit Dampfbereichen und Flüssigbereichen ist, wobei die Wärmekammer und die wärmeableitende Struktur zusammen ei nen pulsierenden oder oszillierenden Heizstrukturmechanismus bilden. Die Offenlegungsschrift US 2020/118986 Al beschreibt eine Halbleiteranordnung aufweisend Halbleitermodule, die mit ei nem Harz versiegelt sind und jeweils erste und zweite An schlussklemmen aufweisen, die aus dem Harz herausragen, einen Kondensator mit dritten und vierten Anschlussklemmen, einen Kühler, der die Halbleitermodule und den Kondensator direkt kontaktiert, eine Sammelschiene mit einer ersten Sammelschie ne, die die erste Anschlussklemme mit der dritten Anschluss klemme verbindet, einer zweiten Sammelschiene, die die zweite Anschlussklemme mit der vierten Anschlussklemme verbindet und eine erste Isolierschicht, die zwischen der ersten und der zweiten Sammelschiene angeordnet ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, eine Halbleitermodulanordnung anzugeben, welche eine, im Vergleich zum Stand der Technik, effektivere Entwärmung ermöglicht .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Halbleitermodul der eingangs genannten Art ein flächiges Küh lelement umfasst, welches eine hermetisch verschlossene Ka nalstruktur aufweist, in welcher ein Wärmetransportmedium an geordnet ist, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanal struktur und das Wärmetransportmedium eine pulsierende Heat- pipe ausgebildet ist, wobei über das flächige Kühlelement ei ne thermische Verbindung zwischen einer dem Substrat abge wandten Seite des zumindest einen Halbleiterbauelements und der Wärmesenke herstellt ist, wobei eine Form des flächigen Kühlelements an ein Höhenprofil des jeweiligen Schaltungslay outs, welches zumindest Höhenversätze aufweist, angepasst ist.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Stromrichter mit mindestens einer derartigen Halbleitermodu lanordnung .
Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch ge löst, dass bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halb- leitermodul der eingangs genannten Art über ein flächiges Kühlelement eine thermische Verbindung zwischen einer dem Substrat abgewandten Seite des zumindest einen Halbleiterbau elements und der Wärmesenke herstellt wird, wobei das flächi ge Kühlelement eine hermetisch verschlossene Kanalstruktur aufweist, in welcher ein Wärmetransportmedium angeordnet wird, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur und das Wärmetransportmedium eine pulsierende Heatpipe ausge bildet wird, wobei eine Form des flächigen Kühlelements an ein Höhenprofil des jeweiligen Schaltungslayouts, welches zu mindest Höhenversätze aufweist, angepasst wird.
Die in Bezug auf das Halbleitermodul nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinnge mäß auf den Stromrichter und das Herstellungsverfahren über tragen.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, in einem Halb leitermodul einen zusätzlichen Wärmepfad mit einer pulsieren den Heatpipe bereitzustellen, sodass die Entwärmung durch Wärmespreizung verbessert wird. Eine pulsierende Heatpipe (engl, pulsating heat pipe, PHP), die auch als oszillierende Heatpipe (engl, oscillating heat pipe, OHP) bezeichnet wird, ist eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung mit einer geschlos senen Kanalstruktur, in der ein Wärmetransportmedium, insbe sondere ein Wärmetransportfluid, angeordnet ist, dass entlang der Kanalstruktur durch die Oberflächenspannung des Wär metransportmediums abwechselnd DampfSegmente und Flüssigseg mente bildet. Diese Dampf- und Flüssigsegmente werden durch einen Temperaturgradienten zum Pulsieren beziehungsweise Os zillieren angeregt. An einer Wärmequelle dehnen sich die Dampfsegmente aufgrund der höheren Temperatur aus; zudem sie det flüssiges Wärmetransportmedium dort und nimmt dabei la tente Wärme auf. An einer Wärmesenke schrumpfen die DampfSeg mente durch Kondensation gasförmigen Wärmetransportmediums und geben dabei latente Wärme ab. Die lokalen Temperatur- und Druckunterschiede treiben das ständige Pulsieren beziehungs weise Oszillieren der Dampf- und Flüssigsegmente an. Das Halbleitermodul weist ein Substrat und zumindest ein auf dem Substrat kontaktiertes Halbleiterbauelement auf, wobei das Substrat, insbesondere stoffschlüssig, mit einer Wärme senke verbunden ist. Das Halbleiterbauelement kann als Tran sistor, insbesondere als Insulated-Gate-Bipolar-Transistor, ausgeführt sein. Ferner kann der Transistor eine antiparalle le Diode aufweisen. Alternativ kann das Halbleiterbauelement als digitaler Logikbaustein, insbesondere als Field Pro- grammable Gate Array (FPGA), oder als ein anderer Halbleiter ausgeführt sein. Die Wärmesenke umfasst beispielsweise eine Bodenplatte und/oder einen Kühlkörper. Der zusätzliche Wärme pfad, welcher beispielsweise an einer Oberseite des Halb leitermoduls verläuft, wird erzeugt, indem durch ein flächi ges Kühlelement eine thermische Verbindung zwischen einer dem Substrat abgewandten Seite des zumindest einen Halbleiterbau elements und der Wärmesenke hergestellt wird. Ein derartiges Kühlelement gilt insbesondere als flächig, wenn seine Dicke, beispielsweise bei einer im Wesentlichen rechteckigen Grund fläche, maximal 10 % eines Mittelwerts aus einer kürzesten und einer längsten Seitenlänge beträgt, wobei die Länge der kürzesten Seite mindestens 10 % der Länge der längsten Seite beträgt. Insbesondere beträgt eine maximale Dicke des flächi gen Kühlelements 4 mm, insbesondere 2 mm. Beispielsweise ist das flächige Kühlelement mit einer Metallisierung des Sub strats und/oder mit der Wärmesenke sowie mit einer Kontakt fläche des Halbleiterbauelements, welche auf einer dem Sub strat abgewandten Seite angeordnet ist, kontaktiert. Das flä chige Kühlelement weist eine hermetisch verschlossene Kanal struktur auf, in welcher ein Wärmetransportmedium angeordnet ist, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur und das Wärmetransportmedium eine pulsierende Heatpipe ausge bildet ist. Eine derartige Kanalstruktur ist beispielsweise mittels einer Blechstruktur realisierbar. Das Wärmetransport medium ist insbesondere als Wärmetransportfluid ausgeführt, welches beispielsweise Wasser, Aceton oder Methanol enthält. Die Kanalstruktur umfasst beispielsweise Kanäle mit einem kreisförmigen Querschnitt, wobei der kreisförmige Querschnitt insbesondere einen maximalen Durchmesser von 3 mm insbesonde re 1 mm aufweist. Beispielsweise sind die Kanäle der herme tisch verschlossenen Kanalstruktur mäanderförmig und/oder schleifenförmig angeordnet, sodass durch die pulsierende He- atpipe eine Wärmespreizung stattfindet. Eine Wärmeflussrich tung ist durch den Verlauf der Kanäle flexibel einstellbar. Durch den zusätzlichen Wärmepfad und die Wärmespreizung wird eine effektive Entwärmung ermöglicht. Gleichzeitig findet ei ne Homogenisierung der Temperaturen im Halbleitermodul statt, die sich positiv auf eine Lebensdauer oder eine Robustheit gegenüber einseitigen Lastfällen auswirkt. Insbesondere bei einem Einsatz von innerhalb des Moduls parallel geschalteten Halbleitern ist eine derartige Homogenisierung der Temperatu ren vorteilhaft. Eine Hauptwärmepfad, welcher über das Sub strat zur Wärmesenke verläuft, wird durch eine zweiseitige Entwärmung entlastet.
Eine Form des flächigen Kühlelements ist an ein Höhenprofil des jeweiligen Schaltungslayouts, welches zumindest Höhenver sätze aufweist, angepasst ist. Durch eine Anpassung an das Höhenprofil des Schaltungslayouts werden Höhen- und ggf. Win kelversätze, z.B. aufgrund der Halbleiterbauelemente und wei terer Beschaltung, ausgeglichen. Durch eine geometrische An- passbarkeit an das jeweilige Schaltungslayout kann auf Zwi schenelemente verzichtet werden, was thermische Kontaktwider stände reduziert. Ferner wird eine Dicke und damit ein erfor derlicher Bauraum reduziert.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet ist. Durch die zumindest abschnittsweise flexible Ausführung wird eine Umformung durch Deformation ermöglicht. Ferner wird eine zuverlässige Entwärmung durch die zumindest abschnitts weise flexible Ausführung auch bei, insbesondere thermischen, Wechselbelastungen gewährleitet.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Halb- leiterbauelement verbunden ist. Eine stoffschlüssige Verbin dung kann beispielsweise mittels Löten, Sintern oder Kleben hergestellt werden, was zu einer stabilen Verbindung mit ge ringen thermischen Kontaktwiderständen führt. Eine kraft schlüssige Verbindung kann beispielsweise durch zumindest ein elastisches Anpresselement hergestellt werden. Eine derartige Verbindung ist leicht lösbar und einfach zu realisieren.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement zumindest teilweise mittels eines additiven Ver fahrens hergestellt ist. Ein derartiges additives Verfahren ist beispielsweise Selektive Lasersintern (SLS) oder ein Extrusionsverfahren, wodurch auch komplexe Geometrien, welche insbesondere einen Kunststoff enthalten, vergleichsweise ein fach und kostengünstig herstellbar sind. Durch eine Kombina tion des additiven Fertigungsverfahrens mit einem weiteren Fertigungsverfahren sind insbesondere Verbundwerkstoffe wie Faserverbundwerkstoffe effizient herstellbar.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement mittels eines Gussverfahrens hergestellt ist. Ein derartiges Gussverfahren ist beispielsweise Gasinjektion oder Schleuderguss. Insbesondere bei großen Stückzahlen ist ein derartiges Gussverfahren kostengünstig und zuverlässig repro duzierbar.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement aus profilierten und gefügten Blechen hergestellt ist. Derartige Bleche enthalten beispielsweise Kupfer und weisen eine zumindest teilweise wellenförmige Profilierung auf. Eine Profilierung wird beispielsweise durch Biege, Prä gen oder Fräsen hergestellt. Zumindest zwei Bleche werden beispielsweise mittels einer unlösbaren Verbindung, insbeson dere einer Schweißverbindung und/oder Lötverbindung, stoff schlüssig verbunden, sodass zwischen den Blechen Kanäle aus gebildet werden. Ein derartiges flächiges Kühlelement ist einfach und kostengünstig herstellbar. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die hermetisch verschlossene Kanalstruktur einen endgültig geformten Kanal aufweist, welcher durch Deformation des flächigen Kühlele ments aus einem vorgeformten Kanal hergestellt ist, wobei sich eine Geometrie des endgültig geformten Kanals von einer Geometrie des vorgeformten Kanals unterscheidet. Eine Geomet rie eines Kanals ist insbesondere durch einen Querschnitt de finiert. Beispielsweise ist die Geometrie des endgültig ge formten Kanals eine Zielgeometrie, welche einen kreisförmigen Kanalquerschnitt umfasst, wobei der vorgeformte Kanal z.B. einen ovalen Querschnitt aufweist. Durch einen derartigen vorgeformten Kanal ist gewährleitet, dass die Kanalstruktur auch bei einer Deformation des flächigen Kühlelements ausrei chend geöffnete Kanäle umfasst.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement zumindest teilweise aus einem thermisch leitfähi gen und elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt ist.
Ein derartiger Werkstoff ist beispielsweise ein keramischer Werkstoff oder ein, insbesondere mit einem keramischen Werk stoff gefüllter, Kunststoff. Durch einen derartigen Werkstoff ist beispielsweise eine dedizierte Isolationslage 20 nicht erforderlich, sodass thermische Kontaktwiderstände reduziert werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist, wobei zwischen dem Halbleiterbauelement und dem flächigen Kühlelement eine Isolationslage angeordnet ist. Der metalli sche Werkstoff enthält beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Die Isolationslage ist beispielsweise als eine, insbesondere bereits vorhandene, Folie, welche insbesondere aus einem iso lierenden Werkstoff hergestellt ist, ausgeführt, sodass eine im Halbleiterbauelement entstehende Wärme über das aus dem metallischen Werkstoff hergestellte flächige Kühlelement ef fizient ableitbar ist. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement zumindest teilweise aus einem metallischen Werk stoff hergestellt ist, wobei das flächige Kühlelement unmit telbar mit einer Kontaktfläche des Halbleiterbauelements kon taktiert ist. Unter einer unmittelbaren Kontaktierung ist ei ne direkte Kontaktierung zu verstehen, die beispielsweise Verbindungsmittel zur Herstellung einer stoffschlüssigen Ver bindung, wie Kleber, Lötzinn oder Sinterpaste, einschließt, ein zusätzliches Verbindungselement, wie einen zusätzlichen Leiter, ein Metallblech oder einen Abstandshalter, insbeson dere zwischen dem flächige Kühlelement und der Kontaktfläche des Halbleiterbauelements, jedoch ausschließt. Beispielsweise ist das aus einem metallischen Werkstoff hergestellte flächi ge Kühlelement stoffschlüssig mit der Kontaktfläche des Halb leiterbauelements sowie mit der ersten Metallisierung des Substrats verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung wird bei spielsweise durch Löten hergestellt. Durch eine derartige un mittelbare Verbindung werden thermische Kontaktwiderstände reduziert.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das flächige Kühlelement zum Leiten eines Laststromes des kontaktierten Halbleiterbauelements konfiguriert ist. Das flächige Kühlele ment fungiert also als Leiter. Somit werden Bauraum und Kos ten eingespart.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert.
Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausgestal tung eines Halbleitermoduls im Querschnitt,
FIG 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausge staltung eines Halbleitermoduls im Querschnitt, FIG 3 eine schematische Darstellung einer Deformation eines flächiges Kühlelements,
FIG 4 eine schematische Darstellung einer dritten Ausge staltung eines Halbleitermoduls im Querschnitt,
FIG 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausge staltung eines Halbleitermoduls im Querschnitt,
FIG 6 eine schematische Darstellung einer fünften Ausge staltung eines Halbleitermoduls im Querschnitt,
FIG 7 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausge staltung eines Halbleitermoduls im Querschnitt und
FIG 8 eine schematische Darstellung eines Stromrichters mit einem Halbleitermodul.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Er findung ergänzbar.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausge staltung eines Halbleitermoduls 2, das ein Substrat 4 und auf dem Substrat 4 kontaktierte Halbleiterbauelemente 6 umfasst. Das Substrat 4 weist eine, insbesondere strukturierte, erste Metallisierung 8 auf, auf welcher die Halbleiterbauelemente 6 kontaktiert sind. Die, insbesondere strukturierte, erste Me tallisierung 8 ist beispielsweise als Kupferkaschierung aus geführt. Insbesondere sind die Halbleiterbauelemente 6 stoff schlüssig mit der ersten Metallisierung 8 des Substrats 4 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch Löten, Kleben oder Sintern hergestellt. Darüber hinaus weist das Substrat 4 eine auf einer den Halbleiterbauelemen ten 6 abgewandten Seite eine zweite Metallisierung 10 auf, welche beispielsweise Kupfer enthält und durch eine dielekt rische Materiallage 12 von der ersten Metallisierung 8 elektrisch isoliert und thermisch leitfähig verbunden ist.
Die dielektrische Materiallage 12 weist beispielsweise eine Stärke von 25 gm bis 400 gm, insbesondere 50 pm bis 300 pm, auf und enthält einen keramischen Werkstoff, beispielsweise Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid, oder einen organischen Werkstoff, beispielsweise einem Polyamid. Das Substrat 4 kann alternativ als IMS-Substrat, bei welchem insbesondere die zweite Metallisierung 10 entfällt, ausgeführt sein.
Die Halbleiterbauelemente 6 in FIG 1 sind beispielhaft als Transistor T, insbesondere als Insulated-Gate-Bipolar- Transistor (IGBT), mit einer antiparallelen Diode D ausge führt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein Steuerkon takt, insbesondere Gatekontakt, des IGBTs in FIG 1 nicht dar gestellt. Alternativ ist zumindest ein Halbleiterbauelement 6 als digitaler Logikbaustein, insbesondere als Field Pro- grammable Gate Array (FPGA), oder als ein anderer Halbleiter ausgeführt. Auf einer dem Substrat 4 abgewandten Seite weisen die Halbleiterbauelemente 6 eine Kontaktfläche 14 auf. Über eine planare Leiterverbindung 16 sind die Kontaktflächen 14 der Halbleiterbauelemente 6 mit der ersten Metallisierung 8 des Substrats 4 verbunden. Die planare Leiterverbindung 16 ist beispielsweise als Kupferblech ausgeführt.
Ein flächiges Kühlelement 18 steht in einer thermisch leitfä higen Verbindung mit den Kontaktflächen 14 der Halbleiterbau elemente 6. Das flächige Kühlelement 18 ist beispielhaft aus einem metallischen Werkstoff, welcher insbesondere Kupfer und/oder Aluminium enthält, hergestellt, wobei zwischen dem Halbleiterbauelementen 6 und dem flächigen Kühlelement 18 ei ne Isolationslage 20 aus einem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise einen Kunststoff oder einen keramischen Werkstoff, angeordnet ist. Die Isolationslage 20 ist beispielsweise als eine, insbeson dere bereits vorhandene, Folie, welche insbesondere aus einem isolierenden Werkstoff hergestellt ist, ausgeführt. Das flä chige Kühlelement 18 ist stoffschlüssig mit den Halbleiter bauelementen 6 verbunden. Beispielsweise ist die planare Lei terverbindung 16 auf die Kontaktflächen 14 der Halbleiterbau elemente 6 aufgelötet, während die Isolationslage 20 auf der planaren Leiterverbindung 16 und das flächige Kühlelement 18 auf der Isolationslage 20 durch Adhäsion verbunden stoff schlüssig verbunden ist. Die Isolationslage 20 kann alterna tiv Teil der planaren Leiterverbindung 16 und/oder des aus einem metallischen Werkstoff hergestellten flächigen Kühlele ments 18 sein. Beispielsweise wird eine Isolationslage 20 durch kontrollierte Oxidation des metallischen Werkstoffs hergestellt oder durch ein additives Verfahren, beispielswei se Kaltgasspritzen, aufgebracht. Das flächige Kühlelement 18 kann alternativ aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff und einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, welcher, insbe sondere stoffschlüssig mit dem elektrisch isolierenden Werk stoff verbunden ist, hergestellt sein, wobei der elektrisch isolierende Werkstoff zumindest im Bereich der Kontaktierung zu den Kontaktflächen 14 der Halbleiterbauelemente 6 angeord net ist, sodass eine dedizierte Isolationslage 20 nicht er forderlich ist.
Das flächige Kühlelement 18, welches beispielsweise eine Di cke von 0,5 mm bis 4 mm, insbesondere 0,5 mm bis 2 mm auf weist, umfasst eine hermetisch verschlossene Kanalstruk tur 22, in welcher ein Wärmetransportmedium 24 angeordnet ist, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruk tur 22 und das Wärmetransportmedium 24 eine pulsierende Heat- pipe 26 ausgebildet ist. Das Wärmetransportmedium 24 ist ins besondere als Wärmetransportfluid ausgeführt, welches bei- spielsweise Wasser, Aceton oder Methanol enthält. Die Kanal struktur 22 umfasst beispielsweise Kanäle mit einem kreisför migen Querschnitt, wobei der kreisförmige Querschnitt insbe sondere einen maximalen Durchmesser von 3 mm insbesondere 1 mm aufweist. Beispielsweise sind die Kanäle der Kanalstruk tur 22 mäanderförmig und/oder schleifenförmig angeordnet, so- dass durch die pulsierende Heatpipe 26 eine Wärmespreizung stattfindet. Ferner ist das flächige Kühlelement 18 zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet, wobei eine Form des flächigen Kühlelements 18 an ein Höhenprofil des Schaltungs layouts angepasst ist. Durch eine Anpassung an das Höhenpro fil des Schaltungslayouts werden Höhen- und ggf. Winkelver sätze aufgrund der Halbleiterbauelemente 6 und weiterer Be schaltung ausgeglichen.
Die zweite Metallisierung 10 des Substrats 4 ist, insbesonde re vollflächig und/oder stoffschlüssig, mit einer Wärmesen ke 28 verbunden, wobei die Wärmesenke 28 einen Kühlkörper 30 und eine optionale Bodenplatte 32 umfasst. Das flächige Küh lelement 18 ist stoffschlüssig mit der Wärmesenke 28 verbun den und stellt so eine thermische Verbindung der Kontaktflä chen 14 der Halbleiterbauelemente 6 mit der Wärmesenke 28 her. In FIG 1 wird das flächige Kühlelement 18 stoffschlüssig mit dem Kühlkörper 30 verbunden. Die stoffschlüssige Verbin dung, welche beispielsweise durch Löten hergestellt wird, kann zusätzlich oder alternativ zur optionalen Bodenplatte 32 hergestellt werden. Insbesondere durch die zumindest ab schnittsweise flexible Ausführung des flächigen Kühlele ments 18 wird eine großflächige Kontaktierung im Bereich der Halbleiterbauelemente 6 und der Wärmesenke 28 ermöglicht, wo bei durch die großflächige Kontaktierung gleichmäßigere und niedrigere Temperaturen erreicht werden. Durch das flächige Kühlelement 18 mit der pulsierenden Heatpipe 26wird ein zweiter Wärmepfad an der Oberseite des Halbleitermoduls 2 ge schaffen, der die in den Halbleiterbauelementen 6 entstehende Wärme auf die Wärmesenke 28 ableitet. Dieser zweite Wärmepfad entlastet einen Hauptwärmepfad, welcher über das Substrat 4 verläuft, und übernimmt gleichzeitig die Funktion zusätzli- eher Wärmespreizung auf der Wärmesenke 28 sowie innerhalb des Halbleitermoduls 2.
FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Aus gestaltung eines Halbleitermoduls 2 im Querschnitt. Das flä chige Kühlelement 18 ist kraftschlüssig mit der Wärmesenke 28 verbunden, wobei die kraftschlüssige Verbindung durch elasti sche Anpresselemente 34 hergestellt wird. Die elastischen An presselemente 34, welche mit einem Gehäuse 36 verbunden sind, sind beispielsweise als Federkontakte, welche insbesondere eine Blattfeder oder eine Spiralfeder umfassen, ausgeführt.
Das flächige Kühlelement 18 kann zumindest teilweise aus ei nem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Werk stoff hergestellt sein. Ein derartiger thermisch leitfähiger und elektrisch isolierender Werkstoff ist beispielsweise ein, insbesondere mit einem keramischen Werkstoff gefüllter, Kunststoff. Die weitere Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 2 entspricht der in FIG 1.
FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Deformation eines flächiges Kühlelements 18. Das flächige Kühlelement 18 wird beispielsweise mittels eines additiven Verfahrens, ins besondere durch ein Extrusionsverfahren oder Selektive Laser sintern (SLS), hergestellt. Alternativ wird das flächige Küh lelement 18 mittels eines Gussverfahrens, z.B. Schleuderguss, Gasinjektion, oder durch Verschweißen, Löten oder Kleben von geeignet gebogenen oder geprägten Blechen hergestellt. Hier durch kann ein räumlich eben erzeugter Grundkörper gebogen, gezogen oder geprägt werden, so dass seine Oberflächen in ge eigneter Korrelation zum Höhenprofil des Schaltungslayouts, insbesondere der zu entwärmenden elektronischen Bauteile ste hen. Mechanische Spannungen und Spalte werden somit bestmög lich verhindert. Weiterhin ist das flächige Kühlelement 18 zumindest teilweise durch Strangpressen, Kunststoffextrusion oder Spritzguss herstellbar. Durch eine Deformation bzw. Umformung, mit welcher eine Krafteinwirkung durch eine Kraft F einhergeht, wird eine ur sprüngliche Geometrie, insbesondere ein ursprünglicher Quer schnitt, zumindest einiger Kanäle, insbesondere im Bereich der Umformung, verändert. Vorgeformte Kanäle 38, welche bei spielsweise einen elliptischen Querschnitt aufweisen, glei chen eine Geometrieveränderung durch Deformation zumindest teilweise aus, sodass die endgültig geformten Kanäle 40 einen im Wesentlichen kreisförmigen Zielquerschnitt aufweisen. Die durch Deformation endgültig geformten Kanäle 40 weisen eine Zielgeometrie auf, welche beispielsweise einen im Wesentli chen kreisförmigen Querschnitt zumindest eines endgültig ge formten Kanals 40 beinhaltet.
Verbleibende minimale Winkel- und/oder Höhenversätze können durch gezielte Reduktion des Kanal- und/oder Wandungsquer schnitts entschärft werden, da die pulsierende Heatpipe 26 hierdurch flexibler wird. Eine derartige Flexibilisierung ist bei einer pulsierenden Heatpipe 26 aufgrund der geringen Ka nalquerschnitte einfach zu realisieren. Eine lokale Quer- schnittsreduktion durch Einprägungen oder Ausschnitte zwi schen den Kanälen ermöglicht weitere Flexibilisierung. Gege benenfalls verbleibende Geometrieabweichungen zur Schaltung werden in der Montage beispielsweise durch Gap-Filler oder wärmeleitende Klebstoffe ausgeglichen. Die weitere Ausführung des flächigen Kühlelements 18 in FIG 3 entspricht der in FIG 2.
FIG 4 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Aus gestaltung eines Halbleitermoduls 2 im Querschnitt. Das flä chige Kühlelement 18 mit der pulsierenden Heatpipe 26 über ragt den Kühlkörper 30 mit der Bodenplatte 32, wobei an einem überstehenden Ende 42 weitere Wärmesenken 44, 46 beidseitig zumindest kraftschlüssig kontaktiert sind. Zumindest einer der beiden Wärmesenken 44, 46 kann eine Leiterplatte, insbe sondere ein Printed Circuit Board (PCB), umfassen. Die weite re Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 4 entspricht der in FIG 2. FIG 5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Aus gestaltung eines Halbleitermoduls 2 im Querschnitt, Das flä chige Kühlelement 18 mit der pulsierenden Heatpipe 26 über ragt den Kühlkörper 30 mit der Bodenplatte 32, wobei an einem überstehenden Ende 42 eine weitere Wärmesenke 44 kontaktiert ist. Beispielhaft ist das flächige Kühlelement 18 stoff schlüssig mit dem Kühlkörper 30, mit den Halbleiterbauelemen ten 6 und mit der weiteren Wärmesenke 44 verbunden. Das flä chige Kühlelement 18 ist beim Bereich der stoffschlüssigen Verbindung mit der weiteren Wärmesenke 44 senkrecht zur stoffschlüssigen Verbindung mit dem Kühlkörper 30 angeordnet. Die weiteren Wärmesenke 44 kann eine Leiterplatte, insbeson dere ein Printed Circuit Board (PCB), umfassen. Die weitere Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 5 entspricht der in FIG 4.
FIG 6 zeigt eine schematische Darstellung einer fünften Aus gestaltung eines Halbleitermoduls 2 im Querschnitt. Das flä chige Kühlelement 18 ist mit der Kontaktfläche 14 des als Transistor T ausgeführten Halbleiterbauelements 6 sowie mit der ersten Metallisierung 8 des Substrats 4 kontaktiert, so- dass eine thermische Verbindung zwischen der Kontaktfläche 14 des Halbleiterbauelements 6 und der Wärmesenke 28 herstellt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein Steuerkontakt des Transistors T auch in FIG 6 nicht dargestellt.
Beispielsweise ist das flächige Kühlelement 18 aus einem me tallischen Werkstoff hergestellt und ist als Leiter ausge führt, welcher unmittelbar mit der Kontaktfläche 14 des Halb leiterbauelements 6 kontaktiert ist. Unter einer unmittelba ren Kontaktierung ist eine direkte Kontaktierung zu verste hen, die Verbindungsmittel zur Herstellung der stoffschlüssi gen Verbindung, wie Kleber, Lötzinn oder Sinterpaste, ein schließt, ein zusätzliches Verbindungselement, wie einen zu sätzlichen Leiter, ein Metallblech oder einen Abstandshalter, jedoch ausschließt. Beispielsweise ist das aus einem metalli schen Werkstoff hergestellte flächige Kühlelement 18 stoff- schlüssig mit der Kontaktfläche 14 des Halbleiterbauele ments 6 sowie mit der ersten Metallisierung 8 des Substrats 4 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch Löten hergestellt. Zusätzlich zur Wärmetransport leitet das aus einem metallischen Werkstoff hergestellte flächige Kühlelement 18 einen Laststromes des kontaktierten Halblei terbauelements 6, das flächige Kühlelement 18 fungiert also als Leiter.
Optional ist eine weitere Wärmesenke 44, welche beispielhaft parallel zum Substrat 4 verlaufend angeordnet ist, mit dem flächigen Kühlelement 18 kontaktiert. Insbesondere erfolgt die Kontaktierung zur weiteren Wärmesenke 44 elektrisch iso lierend und thermisch leitend, sodass eine Entwärmung über die weitere Wärmesenke 44 stattfinden kann, jedoch kein Strom abfließt. Die weiteren Wärmesenke 44 kann eine Leiterplatte, insbesondere ein Printed Circuit Board (PCB), umfassen. Fer ner kann die weitere Wärmesenke 44 das flächige Kühlele ment 18, insbesondere zusätzlich, auf die Kontaktfläche 14 des Halbleiterbauelements 6 pressen. Zur elektrischen Isolie rung weist die weitere Wärmesenke 44 beispielsweise eine Be schichtung mit einem thermisch leitfähigen Isolator, insbe sondere einem keramischen Werkstoff, zumindest im Bereich der Kontaktierung mit dem flächige Kühlelement 18 auf. Alternativ ist zwischen dem flächigen Kühlelement 18 und der weiteren Wärmesenke 44, wie in FIG 1 gezeigt, eine Isolationslage 20 angeordnet. Für eine gezielte Isolation kann auf das flächige Kühlelement 18 eine Kunststofffolie auflaminiert werden. Das flächige Kühlelement 18 kann alternativ aus einem Verbund werkstoff hergestellt sein, der einen isolierenden Werkstoff zumindest im Bereich der Kontaktierung zu der weiteren Wärme senke 44 aufweist, sodass eine dedizierte Isolationslage 20 nicht erforderlich ist. Insbesondere kann das flächige Küh lelement 18 als IMS-Substrat bzw. als 3D-MID ausgeführt sein. Die weitere Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 6 ent spricht der in FIG 1. FIG 7 zeigt eine schematische Darstellung einer sechsten Aus gestaltung eines Halbleitermoduls 2 im Querschnitt. Das flä chige Kühlelement 18 ist gefaltet ausgeführt und zusätzlich zwischen dem Substrat 4 und der Wärmesenke 28 verlaufend an- geordnet, sodass eine beidseitige Entwärmung der Halbleiter bauelemente 6 durch die pulsierende Heatpipe 26 erfolgt, wodurch eine homogene Temperaturverteilung erreicht wird. Die weitere Ausführung des Halbleitermoduls 2 in FIG 7 entspricht der in FIG 2.
FIG 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromrich ters 48 mit einem Halbleitermodul 2. Der Stromrichter 48 kann mehr als ein Halbleitermodul 2 umfassen. Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Halbleitermodul 2 mit einem Substrat 4 und zumindest einem auf dem Substrat 4 kontaktierten Halbleiterbauelement 6, wobei das Substrat 4, insbesondere stoffschlüssig, mit einer Wärmesenke 28 verbun den ist. Um, im Vergleich zum Stand der Technik, eine effek- tivere Entwärmung zu ermöglichen, wird ein flächiges Kühlele ment 18 vorgeschlagen, welches eine hermetisch verschlossene Kanalstruktur 22 aufweist, in welcher ein Wärmetransportmedi um 24 angeordnet ist, wobei durch die hermetisch verschlosse ne Kanalstruktur 22 und das Wärmetransportmedium 24 eine pul- sierende Heatpipe 26 ausgebildet ist, wobei über das flächige Kühlelement 18 eine thermische Verbindung zwischen einer dem Substrat 4 abgewandten Seite des zumindest einen Halbleiter bauelements 6 und der Wärmesenke 28 herstellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Halbleitermodul (2) mit einem Substrat (4) und zumindest einem auf dem Substrat (4) kontaktierten Halbleiterbauele ment (6), wobei das Substrat (4), insbesondere stoffschlüssig mit einer Wärmesenke (28), verbunden ist, aufweisend ein flächiges Kühlelement (18), welches eine hermetisch verschlossene Kanalstruktur (22) auf weist, in welcher ein Wärmetransportmedium (24) angeordnet ist, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur (22) und das Wärmetransportmedium (24) eine pulsierende Heat- pipe (26) ausgebildet ist, wobei über das flächige Kühlelement (18) eine thermische Ver bindung zwischen einer dem Substrat (4) abgewandten Seite des zumindest einen Halbleiterbauelements (6) und der Wärmesen ke (28) herstellt ist, wobei eine Form des flächigen Kühlelements (18) an ein Höhen profil des jeweiligen Schaltungslayouts, welches zumindest Höhenversätze aufweist, angepasst ist.
2. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 1, wobei das flächige Kühlelement (18) zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet ist.
3. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das flächige Kühlelement (18) stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Halbleiterbauelement (6) verbunden ist.
4. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das flächige Kühlelement (18) zumindest teilweise mit tels eines additiven Verfahrens hergestellt ist.
5. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das flächige Kühlelement (18) zumindest teilweise mit tels eines Gussverfahrens hergestellt ist.
6. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das flächige Kühlelement (18) zumindest teilweise aus profilierten und gefügten Blechen hergestellt ist.
7. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die hermetisch verschlossene Kanalstruktur (22) einen endgültig geformten Kanal (40) aufweist, welcher durch Deformation des flächigen Kühlelements (18) aus einem vorgeformten Kanal (38) hergestellt ist, wobei sich eine Geometrie des endgültig geformten Kanals (40) von einer Geometrie des vorgeformten Kanals (38) unterschei det.
8. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das flächige Kühlelement (18) zumindest teilweise aus einem thermisch leitfähigen und elektrisch isolierenden Werk stoff hergestellt ist.
9. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das flächige Kühlelement (18) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist und wobei zwischen dem Halbleiterbauelement (6) und dem flächigen Kühlelement (18) eine Isolationslage (20) angeordnet ist.
10. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 9, wobei die Isolationslage (20) als eine Folie, insbesondere Kunststofffolie, welche aus einem isolierenden Werkstoff, hergestellt ist, ausgeführt ist.
11. Halbleitermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das flächige Kühlelement (18) zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist und wobei das flächige Kühlelement (18) unmittelbar mit einer Kontaktfläche (14) des Halbleiterbauelements (6) kontaktiert ist.
12. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 11, wobei das flächige Kühlelement (18) zum Leiten eines Last stromes des kontaktierten Halbleiterbauelements (6) konfigu riert ist.
13. Halbleitermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das flächige Kühlelement (18) kraftschlüssig mit der Wärmesenke (28) verbunden ist, wobei die kraftschlüssige Verbindung durch elastische Anpres selemente (34) hergestellt wird.
14. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 13, wobei die elastischen Anpresselemente (34) mit einem Gehäu se (36) verbunden sind.
15. Halbleitermodul (2) nach Anspruch 14, wobei die elastischen Anpresselemente (34) als Federkontakte ausgeführt sind.
16. Stromrichter (48) mit mindestens einem Halbleitermo dul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche.
17.Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (2) mit einem Substrat (4) und zumindest einem auf dem Substrat (4) kontaktierten Halbleiterbauelement (6), wobei das Substrat (4), insbesondere stoffschlüssig, mit ei ner Wärmesenke (28) verbunden wird, wobei über ein flächiges Kühlelement (18) eine thermische Verbindung zwischen einer dem Substrat (4) abgewandten Seite des zumindest einen Halbleiterbauelements (6) und der Wärme senke (28) herstellt wird, wobei das flächige Kühlelement (18) eine hermetisch ver schlossene Kanalstruktur (22) aufweist, in welcher ein Wär metransportmedium (24) angeordnet wird, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur (22) und das Wärmetransportmedium (24) eine pulsierende Heat- pipe (26) ausgebildet wird, wobei eine Form des flächigen Kühlelements (18) an ein Höhen profil des jeweiligen Schaltungslayouts, welches zumindest Höhenversätze aufweist, angepasst wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das flächige Kühlelement (18) zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei das flächige Kühlelement (18) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt wird und wobei zwischen dem Halbleiterbauelement (6) und dem flächigen Kühlelement (18) eine Isolationslage (20) angeordnet wird
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei durch Deformation des flächigen Kühlelements (18) aus einem vorgeformten Kanal (38) ein endgültig geformter Ka nal (40) der hermetisch verschlossenen Kanalstruktur (22) hergestellt wird, wobei sich eine Geometrie des endgültig geformten Kanals (40) von einer Geometrie des vorgeformten Kanals (38) unterschei det.
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