[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件以及更具体地涉及一种提供高电流密度且高效冷却的半导体器件。

背景技术

与现有技术的半导体器件有关的问题是使用期间产生的热。发热通常会限制器件的工作。以前已知的半导体器件已设置有冷却装置，以将半导体器件产生的热转移至周围环境。该冷却装置可以包括一个或两个冷却元件。

与上述半导体器件有关的一个问题是器件的内部布线和高效冷却会增加器件的尺寸并使器件的结构复杂。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点并提供一种相对小且简单的半导体器件，所述半导体器件具有高效冷却并因而具有最大化的每半导体芯片电流密度和功率电子模块中的功率密度。该目的通过如下半导体器件实现。

所述半导体器件包括：半导体元件以及用于冷却所述半导体元件的冷却装置，其中，所述半导体元件是包括第一电极和第二电极的逆导型半导体开关，所述第一电极和所述第二电极布置在所述半导体元件的相反面上；所述冷却装置包括第一冷却元件，所述第一冷却元件与所述半导体元件的第一电极相接触以将来自于所述半导体元件的热负荷转移至所述第一冷却元件，所述第一冷却元件由导电材料制成以使所述半导体元件的所述第一电极电连接至外部设备；所述冷却装置还包括第二冷却元件，所述第二冷却元件与所述半导体元件的所述第二电极相接触以将来自于所述半导体元件的热负荷转移至所述第二冷却元件，所述第二冷却元件由导电材料制成以使所述半导体元件的所述第二电极电连接至外部设备；以及所述半导体器件包括电连接至所述半导体元件的栅极以控制所述半导体元件的状态的接口。

使逆导型半导体开关的电极与由导电材料制成的冷却元件相接触的方案使得能够利用半导体器件的同一部分进行冷却和电连接。这简化了半导体器件的内部布线并使得可以获得利用逆导型半导体开关的全部电流能力的简单而紧凑的结构以及高效的双面冷却。

本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

附图说明

下面将参照附图并通过示例来更加详细地描述本发明，其中

图1示出了组装之前的半导体器件，

图2示出了组装之后的图1中的半导体器件，

图3是图2中的半导体器件的横截面图，以及

图4示出了半导体器件的第二实施例。

具体实施方式

图1至图3示出了包括冷却装置的半导体器件1，所述冷却装置包括第一冷却元件2和第二冷却元件3。冷却元件2和3由导电材料制成以有助于半导体元件4的第一和第二电极通过这些冷却元件2和3电连接至外部设备。出于该目的，冷却元件2和3的外表面6和7配备有例如线缆夹。如附图所示，其中一个是阳极而另一个是阴极的第一和第二电极布置在半导体元件的相反面上。

在所示出的示例中，第一冷却元件2的内表面5设置有八个半导体元件4。所示半导体元件全部具有与第一冷却元件2的内表面5相接触的第一电极8。可以使用合适的导电材料将第一电极8键合(bond)到第一冷却元件2。一种替换方式是利用焊料层或烧结银层。

第一冷却元件2的内表面5还设置有导电路径9，该导电路径9通过电绝缘材料层10与内表面5分离开。设置导电路径9和绝缘材料层10的一种替换方式是利用一个或更多个PCB(印刷电路板)或金属化(Cu、Al)的陶瓷结构(AlN、SiN、AlO)，例如DBC(直接键合铜)或AMB(活性金属钎焊)。导电路径9通过例如布线11连接至半导体元件4的栅极。

半导体器件1还包括接口12，所述接口12在该示例中包括三个突出的管脚。这些管脚连接至导电路径9。一种替换方式是管脚中的两个用于对半导体元件4的栅极通电以从外部控制半导体元件4的状态。以这种方式，所有的半导体元件4可以同时进入从半导体元件的第一电极8至它们的第二电极13的路径处于导通的第一状态，以及同时进入从半导体元件的第一电极至它们的第二电极13的所述路径处于不导通的第二状态。这使得可以将半导体器件1用作开关，其中通过改变在第一冷却元件2和第二冷却元件3之间并联连接的半导体元件4的状态来实现开关。接口12的第三管脚(如果设置有的话)可以用于从半导体器件1获取状态信息至外部控制设备。可以使用任何其它类型的导体来替代管脚，例如连接器、线缆或电线。