電源半導體模塊和容納半導體模塊的冷卻元件的製作方法

2023-05-22 03:55:11 1

專利名稱：電源半導體模塊和容納半導體模塊的冷卻元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及到電源半導體模塊和容納電源半導體模塊的冷卻元件。
背景技術：
眾所周知電源半導體模塊特別是用作電驅動的模塊是通過螺絲或者夾子連接到冷卻元件上。在此電源半導體模塊的電子元件被由熱塑性塑料組成的並通常大體上是矩形設計的外殼所包圍。為了連接模塊，外罩通過螺絲或者夾子連接。在半導體模塊和冷卻元件之間通過各自連接件形成的連接一定要可靠，以便能夠在外罩和冷卻元件之間建立滿意的熱接觸，以確保熱量能夠滿意地導出。特別地，用螺絲形成的外罩連接，這種方式在外罩和冷卻元件之間能夠實現良好的熱接觸，就製造技術而言是複雜的因而費用是很高的。使用夾子連接模塊允許快速的裝配，但是在模塊和冷卻元件之間產生不準確的連接。

發明內容
因此本發明的目標是製造可用的電源半導體模塊，它可以很容易地被連接到用作這種目的的冷卻元件，並且使用它可以確保在電源半導體模塊外罩和冷卻元件之間形成滿意的熱連接。
這一目標可以根據權利要求1的特徵依靠電源半導體模塊實現。
本發明更好的改進是從屬權利要求的主題。
根據本發明電源半導體模塊包含具有頂側和底側的外罩，至少一個布置在頂側並從頂側伸出的彈簧元件。
這一模塊插入到用作這一目的的冷卻元件的切口中，從這一模塊頂側伸出的彈簧元件用來夾緊冷卻元件切口頂面和底面之間的模塊，以在元件與冷卻元件之間引起良好的熱接觸。
根據本發明的一個實施例，提供至少有兩個彈簧元件的電源半導體模塊的外罩，其中一個彈簧元件布置在頂側的第一邊緣的區域中，另一個布置在頂側第二邊緣的區域中。這樣的模塊插入到用作該目的的冷卻元件的T型槽中，模塊通過彈簧元件在這種T型槽兩側上被繫於橫向切口。兩個彈簧元件最好在每個邊緣區域中形成。
在本發明以後的實施例中，在外罩上提供形成一體的彈簧元件。和外罩一樣，彈簧元件由良好熱導體材料特別是熱塑性塑料構成。一方面本發明的這一實施例允許在彈簧元件和外罩其它部分之間形成特別滿意的熱接觸，結果彈簧元件也有助於從外罩向冷卻元件傳導熱量。另一方面，外罩可以使用注模方法和整體制模的彈簧製造，從而與製造外罩相比，製造彈簧不需要其它方法步驟。
電源半導體模塊的外罩最好在邊緣區域有肩部，結果形成了上側的一個頂面和兩個底表面。在這個實施例中，彈簧元件布置在邊緣區域上側的較低表面上。
根據本發明為了確保插入冷卻元件溝槽中的電源半導體模塊橫向穩定性，在本發明另外一個實施例中，在從外罩上側和底側邊緣伸出的側表面上提供突出部分，使用它電源半導體模塊可以支撐在冷卻元件上。
根據本發明用來容納本發明電源半導體模塊的冷卻元件最好具有T型槽，電源半導體模塊可以插入其中。
根據一個實施例，用來擴大冷卻元件表面並改善向環境熱傳導的冷卻肋板在面向遠離溝槽方向的冷卻元件表面上形成。
冷卻元件最好從壓制的部分製造，最好由鋁組成。


根據本發明的電源半導體模塊和相關冷卻元件參照附圖中實施例進行更詳細的說明，其中圖1所示為根據本發明第一個實施例電源半導體模塊的透視圖，圖2所示為根據本發明第二個實施例電源半導體模塊的透視圖，圖3所示為根據本發明冷卻元件的橫截面，
圖4所示為根據本發明插入到本發明冷卻元件中的電源半導體模塊。
在這些圖中，除非進行說明，否則同一參考符號表示具有同樣含義的相同部件。
實施例說明圖1所示為根據本發明第一個實施例電源半導體模塊的透視圖。模塊具有外罩1，在其中形成比如IGBT，電源MOSFET等電源半導體元件(不予以詳細介紹)，如果合適的話還形成它們的驅動電路。圖1中根據本發明實施例的外罩本質上是平行六面體狀的，具有底側10和相對與底側10的頂側12。根據本發明，彈簧元件20A，20B，20C，20D在頂側形成，根據圖1電源半導體模塊底外罩1具有四個這樣的彈簧元件20A，20B，20C，20D，其中在所有情況下兩個彈簧元件20A，20B布置在頂側12第一條邊14的區域中，在所用的情況下兩個彈簧元件22A，22B布置在頂側12第二條邊15的區域中。第一條邊14和第二條邊15位於相對於頂側12。
彈簧元件20A-20D每一個作為沿著邊緣14和15的經向延伸的延長的，準確的元件，每一個都有連接在頂側12上的第一端22A，22B，22C，22D，第二端24A，24B，24C，24D以彈簧連接的方式位於頂側12上方作為彈簧元件20A-20D準確的實施例。在所有情況下第一端22A-22D每一個都在一個邊緣和一個與其垂直的邊緣之間的頂側的一個角上形成。
電源半導體模塊外罩1被設計用來在冷卻元件的切口或者槽中插入。切口或者槽的底面在外罩1的底側10上連接，彈簧元件20A-20D位於切口或者槽的頂面為的是夾緊位於底面和頂面之間的外罩10，以便這種方式可以在外罩1和冷卻元件之間建立滿意的熱接觸。
彈簧元件20A-20D最好作為一個整體在外罩1上形成。以這種方式可以保證在外罩的其他部分和彈簧元件20A-20D之間滿意的熱接觸，結果彈簧元件20A-20D有助於熱傳導。外罩1最好由熱塑性塑料組成，使用它，電源半導體元件可以通過諸如注模的方式進行密封來形成外罩1，為的是電源半導體元件得以保護並確保結構足夠的力學穩定性。為了確保接觸部分在外罩1中的電源半導體部件上形成，通常在外罩1上由切口從中伸出連接銷，在圖1的例子中只介紹一個這樣的連接銷40，它在外罩1內部的電源半導體部件中使用。
圖2所示為根據本發明另外一個電源半導體模塊的實施例，它與圖1中所介紹的不同之處在於在頂側邊緣14，15形成肩部，其結果是頂側12在肩部和肩部區域中各自較低的橫臥表面122，123之間具有更高的表面121。彈簧元件在此在較低的橫臥表面122，123上形成，其中在圖2中僅僅介紹彈簧元件20A，20B，20D。
圖3所示為根據本發明冷卻元件的可仿效實施例，它用來容納根據圖1和圖2實施例的電源半導體模塊。冷卻元件200最好由壓制部分組成並具有T型槽210，T型槽210由兩個彼此相接的槽214，212組成，其中較低的一個槽214比較高的一個槽212寬為的是可以形成橫向凹槽216和218。切口220在冷卻元件中的背向T型槽210的冷卻元件200的側面上形成為的是定義在這些切口220之間的冷卻肋230。冷卻肋230用來增加冷卻元件200的表面，改善向環境的熱傳導。
圖4所示為冷卻元件200的實施例，根據圖2中的實施例電源半導體模塊插入其中。電源半導體模塊的橫向凸出部分由肩部形成，彈簧元件布置在它上面，其中只有彈簧元件20A，20D在圖4中介紹，它們位於冷卻元件200的T型槽較低部分的凹槽216，218內，冷卻元件的底側10通過彈簧元件20A、20D壓在冷卻元件200上。為了這個目的，彈簧元件20A，20D支撐在凹槽216，218的面上，凹槽位於T型槽邊緣區域中與冷卻元件200底側面230相對的位置上。彈簧元件20A，20D精確的形狀允許電源半導體模塊很容易地插入T型槽中。
就插入方向而言為了在橫向能穩定插入到冷卻元件中的電源半導體模塊，在側面16，17形成了凸出部分，它在模塊外罩1頂側12和底側10之間的邊緣14，15上延伸，這種凸出物最好是拱頂型為的是確保在橫向上獲得滿意的穩定性而不增加電源半導體模塊1和冷卻元件2之間的摩擦，以這種方式外罩1插入到冷卻元件200的槽210中就會阻止，因為在冷卻元件和外罩1中冷卻元件和/或槽210製造過程中不可避免的偏差。
根據圖4，冷卻元件在T型槽的上部區域具有側槽240，242，印刷電路板300，根據圖4的實施例中它通過在側槽240，242中包含的接觸銷40連接到外罩1中的電源半導體模塊上。印刷電路板300和側槽240，242按照這樣的方式確定尺寸，以便在印刷電路板和冷卻元件200之間沒有接觸。印刷電路板300通過支撐元件310，320支撐在外罩1上，支撐元件位於印刷電路板300的切口上並在與印刷電路板300背向的一端與外罩1連接。
根據本發明，僅僅通過將電源半導體模塊插入到冷卻元件中為了這一目的提供的溝槽中，就可以很容易地連接到冷卻元件上，同時確保了在外罩和冷卻元件之間滿意的熱接觸。電源半導體模塊也可以通過習慣的方法步驟進行製造，這些步驟中通過使用熱塑性塑料注模的方式將電源半導體元件密封以形成外罩，所必須的是提供一個適當的模子為的是在注模方法的範圍內製造圖1和2介紹的帶有彈簧元件的外罩。
權利要求
1.具有底側(10)和頂側(12)的外罩(1)的電源半導體模塊，其特徵在於，至少有一個從頂側(12)伸出的彈簧元件(20A，20B，20C，20D)布置在頂側(12)上。
2.根據權利要求1所述的電源半導體模塊，其特徵在於，它至少具有兩個彈簧元件(20A，20B，20C，20D)，其中一個(20A，20B)布置在表面的第一邊緣(14)區域中，一個(20C，20D)布置在表面(12)的第二邊緣(16)區域中。
3.根據權利要求2所述的電源半導體模塊，其特徵在於，兩個彈簧元件(20A，20B)在第一個邊緣(14)區域中形成，兩個彈簧元件(20C，20D)在第二個邊緣(16)區域中形成。
4.根據前三個權利要求之一所述的電源半導體模塊，其特徵在於，彈簧元件(20A，20B，20C，20D)作為整體形成在外罩(1)上。
5.根據前面權利要求之一所述的電源半導體模塊，其特徵在於，彈簧元件(20A，20B，20C，20D)每一個都形成準確的形狀，有第一端(22A，22B，22C，22D)，第二端(24A，243，24C，24D)，第一端(22A，22B，22C，22D)與外罩的頂側(12)相連，第二端(24A，24B，24C，24D)以彈簧安裝的方式與頂側(12)空間分開的方式布置。
6.根據前面權利要求之一所述的電源半導體模塊，其特徵在於，外罩頂側(12)在第一個邊緣(14)和第二個邊緣(16)每一個區域的有一個臺階，每個彈簧元件布置在臺階上的頂側(121，123)上。
7.根據權利要求6所述的電源半導體模塊，其特徵在於，最好至少在側面(16，17)之一上形成拱頂型凸出物(30)，該側面從頂側(12)和底側(10)之間的第一個或者第二個邊緣(14，15)中伸出。
8.根據前面的權利要求之一所述的電源半導體模塊，其特徵在於，外罩(1)由熱塑性塑料組成。
9.用來容納根據前面的要求之一的電源半導體模塊的冷卻元件，具有T型槽(210)。
10.根據權利要求8所述的冷卻元件，其特徵在於，在背向溝槽(210)的表面上具有冷卻肋板(230)。
11.根據權利要求8所述的冷卻元件，其特徵在於，在凸出的部分中形成。
全文摘要
電源半導體模塊和用來容納電源半導體模塊的冷卻元件。本發明涉及到電源半導體模塊,它包含具有底側(10)和頂側(12)的外罩(1),至少一個彈簧元件(20A,20B,20C,20D),它從頂側(12)中伸出布置在頂側(12)上。
文檔編號H01L25/07GK1365144SQ01142888
公開日2002年8月21日 申請日期2001年12月21日 優先權日2000年12月22日
發明者K·卡內利斯 申請人:因芬尼昂技術股份公司