[发明专利]用于半导体功率模块的排热组件

说明书

本发明涉及一种用于半导体功率模块的排热组件(20)，该排热组件具有三个堆叠的接合配对件(24、26、28)，以及涉及一种具有至少一个排热组件(20)的相应半导体功率模块和一种用于连接排热组件(20)的三个接合配对件(24、26、28)的层堆叠的方法，这些接合配对件(24、26、28)通过第一焊料层(22A)和第二焊料层(22B)材料配合地相互连接。在此，第一焊料层(22A)形成在导电的第一接合配对件(24)和电绝缘的中间接合配对件(26)之间，并且第二焊料层(22B)形成在电绝缘的中间接合配对件(26)和导电的第二接合配对件(28)之间，其中第一接合配对件(24)是待排热的第一导体迹线(24A)，在第一导体迹线上施加有第一电压电势，其中第二接合配对件(28)是用作散热器的第二导体迹线(28A)，在第二导体迹线上施加有与第一电压电势不同的第二电压电势，并且其中中间接合配对件(26)是电绝缘的中间层(26A)，该中间层在第一接合配对件(24)和第二接合配对件(28)之间形成电绝缘的散热路径。

技术领域

本发明涉及一种用于半导体功率模块的排热组件。本发明的主题还包括一种具有多个半导体器件和至少一个这样的排热组件的半导体功率模块，以及一种用于将由这种排热组件的三个接合配对件组成的层堆叠相连接的方法。

背景技术

用于混合动力电动车辆或包括相关半导体功率模块的电动车辆的电力电子日益受到较高的结构空间要求，因此半导体功率模块连同电引线被设计得较小。同时，电流密度由于功率需求的提高而增大。然而，较小的引线和较高的电流会导致较高的电损耗(在欧姆电阻上以及受频率影响)，由此会使引线加热，并且对小型化有一定的限制。因此，这种半导体功率模块的导体迹线在相应导体迹线的功率连接端处或在半导体功率模块的内部被冷却。半导体功率模块通常被构造为使得其具有较低的热阻，即非常适于冷却。通常，半导体功率模块的半导体器件分别布置在施加有第一电势的发射极导体迹线和施加有第二电势的集电极导体迹线之间。半导体器件的第一连接端分别与集电极导体迹线导电地连接，并且半导体器件的第二连接端分别与发射极导体迹线导电地连接。此外，发射器导体迹线和集电极导体迹线分别与外部功率触点电连接。所谓的B2桥包括：两个彼此电分离的集电极导体迹线，半导体分别以第一表面固定在其上；以及两个电分离的发射体导体迹线，其分别与半导体的第二表面连接。在此，两个集电极导体迹线布置在共同的平面中并且与冷却装置耦连，从而集电极导体迹线用作散热器。此外，半导体功率模块的第一功率触点与第一集电极导体迹线的表面直接接触并由其排热。半导体功率模块的第二功率触点与第二集电极导体迹线的表面直接接触并由其排热。此外，第二集电极导体迹线还与第一发射极导体迹线进行电气和机械连接。半导体功率模块的第三功率触点与第二发射极导体迹线连接，并且通过有源部件或半导体的排热路径进行排热。为此，在这些热的部件和电源之间形成相应的热梯度。电源中出现的最高温度导致更大的电阻，从而导致效率降低和功率损耗增大。另外可能会缩短半导体功率模块的关键部件(例如焊接点、涂层、塑料封装等)的使用寿命。

电力电子中的器件或接合配对件通常通过回流焊接工艺彼此热连接且电连接。为了可以低成本地制造具有多个器件或接合配对件和焊接点的复杂结构，所有连接部位均在一个步骤中被焊接。在此过程中，会在焊料中出现约50％的体积收缩。这会导致上部器件或接合配对件沉降到下部器件或下部接合配对件上。在上部和下部接合配对件的高度固定的三个接合配对件的层堆叠中，由于结构设计的原因，这种沉降是不可能的。由此，焊接过程中的体积收缩会导致焊接连接面积减小和/或形成缩孔。这可能导致电阻和热阻增大，从而导致功能性降低甚至使用寿命降低。

由DE 10 2009 006 152 A1已知一种电子器件，包括被模制壳体包围的系统载体、第一半导体芯片、第二半导体芯片和金属夹。第一半导体芯片以第一表面被施加到系统载体上。金属夹弯曲成S形并将第一半导体芯片的与第一表面对置的第二表面与第二半导体芯片的第一表面连接，其中第二半导体的第一表面布置在电子器件的另一平面中。第二半导体芯片的第二表面可与第二金属夹连接。可通过冲压、压花、压制、切割、锯切、铣削来制造金属夹。

发明内容