[发明专利]功率半导体系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于已公知的功率半导体模块的功率半导体系统。

背景技术

功率半导体模块以不同的实施形式被公知。在典型的实施形式中，带功率半导体电路的衬底和基体一起被组装成功率半导体模块。在此情况下需要注意的是：在功率半导体电路、基体和为此所布置的冷却体之间的热传递确保对由功率半导体电路中产生的废热的所期望的运走；以及简单地、优选自动化地安装功率半导体模块能实现。

例如DE 10 2005 037 522描述了一种用于在冷却体上安装的功率半导体模块，其中，功率半导体模块具有金属的基体，该基体形成盆并且在五个侧面上包围布置在该盆中的、承载了功率半导体电路的衬底。该基体基于铜突出的热导性而优选由铜制成。基体可以直接例如借助粘接连接或螺栓连接与冷却体相连。

这种功率半导体模块的缺陷是通过基板和冷却体之间的连接所造成的、不理想的从功率半导体电路朝冷却体的热传递。

发明内容

在这种背景下，本发明基于如下任务，即，提出一种经改良的功率半导体系统，在这种功率半导体系统中，能实现从功率半导体电路到冷却介质上的有效热传递。

此外，本发明建议，将功率半导体电路布置在壁元件的外壁上，壁元件的内壁形成了设置用于冷却半导体电路的、导引流动的工作介质的管路系统的液密和/或气密的壁。由此实现对功率半导体电路的出色的冷却。

依据本发明的功率半导体系统具有用于流动的工作介质、例如冷却液或冷却气体的管路系统。该管路系统可以是被封闭的管路系统或形成除入口和出口之外的被封闭的管路系统。由此，防止工作介质发生不期望的泄漏。入口和出口可以布置在金属成型体的同侧、优选布置在金属成型体的端侧上。另外，入口和出口可以用于将管路系统联接到泵系统上。该管路系统可以联接到泵系统上，以便通过管路系统泵送工作介质。在此，管路系统可以和泵系统一起形成被封闭的管路系统。用于送出热量的、在管路系统内的工作介质循环，既可以被动地基于工作介质的加热例如以热虹吸管形式或所谓的热管形式实现，也可以主动地例如通过如上所述的泵系统实现。可以自由选择工作介质。工作介质在正常条件下可以是气态或液态的。技术人员已知对于热虹吸管和热管而言适用的工作介质。此外，属于此的有水、油、乙醇、丙酮和氨或这些物质的混合物。在管路系统内传送热量时，工作介质可以在液态和气态之间变换。

功率半导体系统具有带外侧和内侧的壁元件。外侧可以理解成是壁元件的基本上背离管路系统的那一侧以及内侧可以理解成是壁元件的基本上面朝管路系统的那一侧。在此，壁元件的内侧和外侧可以形成壁元件的主面。内侧和外侧可以(分别单独)平坦地构造或结构化地构造。例如上侧可以具有至少一个用于固定功率半导体电路的结构元件。

壁元件可以是板状的或基本上板状的或具有至少一个基本上板状的区段，该区段形成壁元件的基本元件。在此情况下，“基本”被如下地理解，即，至少部分通过该元件或区段确保了壁元件的所述功能，倘若这些功能对壁元件的相应的实施形式而言不是随意选择的。在基本上板状的壁元件中，在壁元件的内侧和外侧之间的间距与壁元件的长度相比要小，例如小于壁元件长度的10％或5％。类似地，在板状区段的区域中，壁元件的内侧和外侧之间的间距与板状区段的长度相比要小，例如小于板状区段长度的10％或5％。通过这个至少部分小的间距，实现了内侧和外侧之间良好的热导性。通过板状的形状、至少局部板状的形状，用很少的材料消耗就达到了传热面积与内侧与外侧之间的间距的良好比例。

功率半导体系统具有布置在壁元件的外侧上的功率半导体电路。在适当选择壁元件的形状和/或大小的情况下能够有利于功率半导体电路在壁元件的外侧上的简单的和/或自动化的和/或可靠的安装。此外，壁元件可以赋予功率半导体电路稳定性，这种稳定性在之后将壁元件与管路系统组装时保护功率半导体电路。当功率半导体电路在其开始运行之后，也就是说在使用位置上，应该进行更换时，那么这一点会起作用。

在本公开的意义中，功率半导体电路可以是带有至少一个额定电压超过100V或甚至超过600V的半导体器件的电路。在本发明公开的意义中，功率半导体电路可以是一种电路，用这种电路可以让第一电势和第二电势之间的电流路径根据至少一个控制信号选择性地在基本上闭合(低阻抗)的状态和基本上打开(高阻抗)的状态之间切换，其中，在第一电势和第二电势之间的差大于100V或甚至大于600V，或其中，在闭合状态下规律通过电流路径流动的电流大于100A或甚至大于1000A。