DE-112015007145-B4 - Halbleitervorrichtung, Invertervorrichtung und Fahrzeug

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Abstract

Halbleitervorrichtung, aufweisend: - ein Halbleiterelement (14, 14a, 14b); - eine Wärmeübertragungsgrundplatte (11), die unter dem Halbleiterelement (14, 14a, 14b) vorgesehen ist; - ein Lamellenteil (16), das eine Mehrzahl von vorstehenden Teilen aufweist, welche mit einer unteren Oberfläche der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden sind; - ein Kühlbauteil (17), das das Lamellenteil (16) bedeckt und mit einem Einlass (17a), durch welchen ein in Richtung des Lamellenteils (16) fließendes Kühlmittel einfließt, und einem Auslass (17b), durch welchen ein von dem Lamellenteil (16) fließendes Kühlmittel ausfließt, verbunden ist; - einen Verteiler (18), der eine Wasserspeicherkammer ist, welche zwischen dem Einlass (17a) und dem Lamellenteil (16) vorgesehen ist und von dem Lamellenteil (16) getrennt ist, sodass sie geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Einlass (17a) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen, - ein Wasserflusssteuerungsbauteil (19, 24), das mit dem Lamellenteil (16) oder der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden ist und den Verteiler (18) und das Lamellenteil (16) trennt, sodass es geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Verteiler (18) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen, und - einen äußeren Umfangsrahmen (22), der mit einer unteren Oberfläche der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden ist und eine Peripherie des Lamellenteils (16) umgibt, wobei: - das Wasserflusssteuerungsbauteil (19, 24) eine Wasserflusssteuerungsplatte (19) aufweist, die eine obere Oberfläche, die mit dem äußeren Umfangsrahmen (22) und dem Lamellenteil (16) verbunden ist, und eine untere Oberfläche, die mit dem Kühlbauteil (17) verbunden ist, aufweist; - der Verteiler (18) durch die Wasserflusssteuerungsplatte (19) und das Kühlbauteil (17) gebildet wird; - die Wasserflusssteuerungsplatte (19) einen Schlitz (23a) aufweist, der geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Verteiler (18) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen; und - eine Fläche der Wasserflusssteuerungsplatte (19) größer ist als jede einer Fläche eines Teils, das in einer Draufsicht durch den äußeren Umfangsrahmen (22) umgeben ist, und einer Fläche eines Teils, das in einer Draufsicht durch ein äußeres Umfangsteil des Kühlbauteils (17) umgeben ist.

Inventors

Tatsuya Kawase
Mikio Ishihara
Noboru Miyamoto
Yosuke Nakata
Yuji Imoto

Assignees

MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION

Dates

Publication Date: 20260507
Application Date: 20151125

Claims (9)

Halbleitervorrichtung, aufweisend: - ein Halbleiterelement (14, 14a, 14b); - eine Wärmeübertragungsgrundplatte (11), die unter dem Halbleiterelement (14, 14a, 14b) vorgesehen ist; - ein Lamellenteil (16), das eine Mehrzahl von vorstehenden Teilen aufweist, welche mit einer unteren Oberfläche der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden sind; - ein Kühlbauteil (17), das das Lamellenteil (16) bedeckt und mit einem Einlass (17a), durch welchen ein in Richtung des Lamellenteils (16) fließendes Kühlmittel einfließt, und einem Auslass (17b), durch welchen ein von dem Lamellenteil (16) fließendes Kühlmittel ausfließt, verbunden ist; - einen Verteiler (18), der eine Wasserspeicherkammer ist, welche zwischen dem Einlass (17a) und dem Lamellenteil (16) vorgesehen ist und von dem Lamellenteil (16) getrennt ist, sodass sie geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Einlass (17a) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen, - ein Wasserflusssteuerungsbauteil (19, 24), das mit dem Lamellenteil (16) oder der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden ist und den Verteiler (18) und das Lamellenteil (16) trennt, sodass es geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Verteiler (18) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen, und - einen äußeren Umfangsrahmen (22), der mit einer unteren Oberfläche der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden ist und eine Peripherie des Lamellenteils (16) umgibt, wobei: - das Wasserflusssteuerungsbauteil (19, 24) eine Wasserflusssteuerungsplatte (19) aufweist, die eine obere Oberfläche, die mit dem äußeren Umfangsrahmen (22) und dem Lamellenteil (16) verbunden ist, und eine untere Oberfläche, die mit dem Kühlbauteil (17) verbunden ist, aufweist; - der Verteiler (18) durch die Wasserflusssteuerungsplatte (19) und das Kühlbauteil (17) gebildet wird; - die Wasserflusssteuerungsplatte (19) einen Schlitz (23a) aufweist, der geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Verteiler (18) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen; und - eine Fläche der Wasserflusssteuerungsplatte (19) größer ist als jede einer Fläche eines Teils, das in einer Draufsicht durch den äußeren Umfangsrahmen (22) umgeben ist, und einer Fläche eines Teils, das in einer Draufsicht durch ein äußeres Umfangsteil des Kühlbauteils (17) umgeben ist.
Halbleitervorrichtung, aufweisend: - ein erstes Halbleiterelement (14, 14a, 14b); - eine Wärmeübertragungsgrundplatte (11), die unter dem Halbleiterelement (14, 14a, 14b) vorgesehen ist; - ein Lamellenteil (16), das eine Mehrzahl von vorstehenden Teilen aufweist, welche mit einer unteren Oberfläche der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden sind; - ein Kühlbauteil (17), das das Lamellenteil (16) bedeckt und mit einem Einlass (17a), durch welchen ein in Richtung des Lamellenteils (16) fließendes Kühlmittel einfließt, und einem Auslass (17b), durch welchen ein von dem Lamellenteil (16) fließendes Kühlmittel ausfließt, verbunden ist; - einen Verteiler (18), der eine Wasserspeicherkammer ist, welche zwischen dem Einlass (17a) und dem Lamellenteil (16) vorgesehen ist und von dem Lamellenteil (16) getrennt ist, sodass sie geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Einlass (17a) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen, und - ein Wasserflusssteuerungsbauteil (24), das mit dem Lamellenteil (16) oder der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden ist und den Verteiler (18) und das Lamellenteil (16) trennt, sodass es geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Verteiler (18) zu dem Lamellenteil (16) durchzufließen, wobei: - der Einlass (17a) unter der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) vorgesehen ist; - das Wasserflusssteuerungsbauteil (24) lotrecht mit einer unteren Oberfläche der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) verbunden ist, so dass es ein oberes Teil (11b), das über dem Einlass (17a) positioniert und Teil der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) ist, umgibt; - der Verteiler (18) durch das über dem Einlass (17a) positionierte obere Teil (11b) der Wärmeübertragungsgrundplatte (11), das Wasserflusssteuerungsbauteil (24) und das Kühlbauteil (17) gebildet wird; - das Lamellenteil (16) auf einem anderen Teil der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) als dem oberen Teil (11b) der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) und lateral außerhalb davon und über dem Einlass (17a) vorgesehen ist; und - im oberen Teil (11b) der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) und über dem Einlass (17a) (i) das Lamellenteil (16) weggelassen ist oder (ii) ein Lamellenteil (16) vorgesehen ist, das eine Höhe aufweist, die geringer ist als das Lamellenteil (16), das lateral außerhalb des oberen Teils (11b) der Wärmeübertragungsgrundplatte (11) und über dem Einlass (17a) vorgesehen ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2 , wobei: - die Halbleitervorrichtung das erste Halbleiterelement (14, 14a) und ein zweites Halbleiterelement (14, 14b) aufweist, - das Wasserflusssteuerungsbauteil (24) einen ersten Schlitz (25a), der geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Verteiler (18) zu dem Lamellenteil (16), welches unter dem ersten Halbleiterelement (14, 14a) vorgesehen ist, durchzufließen, und einen zweiten Schlitz (25b), der geeignet ist, dem Kühlmittel zu ermöglichen, von dem Verteiler (18) zu dem Lamellenteil (16), welches unter dem zweiten Halbleiterelement (14, 14b) vorgesehen ist, das eine größere Wärmeerzeugung aufweist als das erste Halbleiterelement (14, 14a), durchzufließen, aufweist; und - eine Breite des zweiten Schlitzes (25b) größer ist als eine Breite des ersten Schlitzes (25a).
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei: - mindestens eins des äußeren Umfangsrahmens (22) und der Wasserflusssteuerungsplatte (19) Cu oder eine AI-Legierung aufweist; und - das Kühlbauteil (17) ein harzbasiertes Material aufweist.
Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die Mehrzahl von vorstehenden Teilen des Lamellenteils (16) mindestens eine einer Stiftlamelle und einer Plattenlamelle aufweist.
Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das Halbleiterelement (14, 14a, 14b) einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist.
Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das Lamellenteil (16) und die Wärmeübertragungsgrundplatte (11) durch ein Verbindungsteil verbunden sind.
Invertervorrichtung, die die Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
Fahrzeug, das die Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung sowie eine Invertervorrichtung und ein Fahrzeug, welche die Halbleitervorrichtung aufweisen. Stand der Technik Eine Halbleitervorrichtung erfordert ständig, dass sie in Größe und Gewicht reduziert wird. Um die Größenreduzierung zu verwirklichen, ist ein Aufbau eines effizienten Kühlens eines Halbleiterelements unumgänglich. Insbesondere ist eine Entwicklung eines direkten Kühlungsaufbaus vorangebracht worden, in welchem ein Halbleiterelement direkt auf eine Kühllamelle verbunden wird, um das Halbleiterelement direkt zu kühlen. Besonders eine Entwicklung einer Halbleitervorrichtung mit integrierter Lamelle (z.B. Patentdokument 1) und eine Halbleitervorrichtung mit integrierter Lamelle und integriertem Kühler (z.B. Patentdokument 2 bis 5) ist aktiv durchgeführt worden. Dokumente des Stands der Technik Patentdokumente Patentdokument 1: offengelegte, japanische Patentanmeldung JP 1999- 204 700 APatentdokument 2: japanisches Patent JP 4 600 199 B2Patentdokument 3: offengelegte, japanische Patentanmeldung JP 2014- 082 311 APatentdokument 4: offengelegte, japanische Patentanmeldung JP 1999- 297 906 APatentdokument 5: offengelegte, japanische Patentanmeldung JP 2007- 141 872 A Die JP 2011- 166 113 A offenbart eine Kühlvorrichtung, die eingerichtet ist, um räumliche Schwankungen der Kühlleistung in einer Kühlvorrichtung zu unterdrücken, die zwei oder mehr Kühlkörper aufweist und ein Kältemittel in einem Bereich zirkuliert, in dem Kühlkörper vorgesehen sind. Eine Basiseinheit umfasst zwei oder mehr Kühlkörper, deren Seite mit einer Oberfläche der Kühlkörperanordnung in Kontakt kommt und in Dickenrichtung in einer Linie angeordnet ist. Ein Halbleiterelement ist über eine Isolierschicht auf einer gegenüberliegenden Plattenfläche mit der Kühlkörperanordnungsfläche einer Basiseinheitsplatine verbunden. Eine Düsenplatine, die eine Öffnung des von einer Basiseinheitswand umgebenen Bereichs abdeckt, ist daran befestigt die Basiseinheit. Die Düsenplatte hat ein Kältemittelzufuhrloch. Das Kältemittelzufuhrloch hat eine Form, die sich in eine Richtung erstreckt, in der zwei oder mehr Kühlkörper in einer Linie angeordnet sind, so dass die Öffnung den Bereich zwischen zwei oder zwei abdeckt mehr Kühlkörper. Das Kältemittelzufuhrloch liefert ein Kältemittel in der kurzen Seitenrichtung der Kühlkörper. Eine Kältemittelführungswand ist vorgesehen, die das aus dem Bereich zwischen den Kühlkörpern abgegebene Kältemittel zur Düsenplatte leitet. Die JP S64- 71 156 A betrifft ein Kühlsystem, das so konfiguriert ist, dass es den Fluss eines Kühlmittelflusses ausgleicht und den gesamten Bereich einer Chipoberfläche auf einer festen Temperatur hält, indem Längsschlitze angeordnet werden, die die Gesamtbreite einer Grabenreihe in einer Richtung orthogonal zur Grabenreihe erreichen auf einer Faltenbalgseite von beiden Abschnitten der Grabenreihe, und durch Installieren von Kühlmittel-Flüssigkeits-Diffusionskammern zwischen den Schlitzen und Faltenbälgen. Eine Kühlstruktur ist mit einem jeden Heizelementchip verbunden, der auf einem Substrat in Mehrzahl angeordnet ist. Andere Enden von zwei flexiblen Faltenbälgen sind an einem Kühlmittelflüssigkeitssammler oder -verteiler montiert. Es wird eine Kühlmittelflüssigkeit von der Faltenbalgseite in die Struktur eingeströmt. Die Kühlmittelflüssigkeit strömt aus der Struktur zu der Faltenbalgseite aus. Dabei ist eine Grabenreihenplatine aufgebaut, in der acht parallele Grabenreihen zur Oberfläche eines Heizelementchips ausgeformt sind. Längsschlitze, die die Gesamtbreite der acht Reihen des Grabens erreichen, sind in der Richtung orthogonal zu den acht Reihen des Grabens auf der Seite des Faltenbalgs an beiden Endabschnitten der acht Reihen des Grabens angeordnet. Zwischen den Schlitzen und den Bälgen sind Kältemittel-Flüssigkeits-Diffusionskammern installiert. Dementsprechend wird die Strömung der Kühlflüssigkeit ausgeglichen, wodurch der gesamte Bereich einer Chipoberfläche auf einer festen Temperatur gehalten wird. Die US 2015 / 0 258 645 A1 beschreibt Wärmeübertragungsvorrichtungen, die ein erstes Gehäuse mit mindestens einer Einlassöffnung, ein zweites Gehäuse mit einer Bodenplatte und einer oder mehreren Trennwänden zum Bilden von Kanälen aufweisen, wobei mindestens eine Innenfläche jedes Kanals Rippenstrukturen zum Erzeugen von Turbulenz in einer Fluidströmung darin aufweist sowie eine Strahlplatte, die das erste Gehäuse und das zweite Gehäuse verbindet und Aufprallstrahlen aufweist, die Fluid von dem ersten Gehäuse zu den Kanälen befördern, wobei die Aufprallstrahlen auf eine Winkelabweichung von der Normalen eingestellt sind, um eine lokale Beschleunigung des Fluids zu bewirken und eine lokale Wärmeübertragung zu erhöhen. Die US 2001 / 0 020 365 A1 offenbart ein Kühlsystem, das es dem Kühlmittel ermöglicht, durch einen geschlossenen Kanal zu zirkulieren. In den Zirkulationskanal ist ein Trockenverdampfer