DE102015120110A1 - Leistungshalbleitermodul mit Kühlkörper - Google Patents

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Lars Paulsen
Michael Heydenreich
Rüdiger Bredtmann
Jeppe Lund
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Frank Osterwald
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Abstract

Leistungshalbleitermodul (10) mit einem Substrat (20) und einem dem Substrat (20) benachbart angeordneten, Wärme ableitenden Kühlkörper (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (30) ein mit einem hoch wärmeleitfähigen Polymer (32) umspritzter Metallkörper (34) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat und einem dem Substrat benachbart angeordneten, Wärme ableitenden Kühlkörper.
  • Allgemein beugen Kühlkörper der Beschädigung von wärmeproduzierenden Bauteilen durch Vergrößerung deren wärmeabführender Oberfläche vor. Ein Kühlkörper hat also die Aufgabe, Verlustwärme durch Wärmeleitung vom wärmeerzeugenden Bauelement wegzuleiten und diese dann durch Wärmestrahlung und Konvektion an die Umgebung abzugeben. Dies kann auch durch die Ableitung der Wärme in eine Kühlflüssigkeit geschehen.
  • Als Kühlkörper werden üblicherweise gut wärmeleitfähige Metalle, z. B. Aluminium oder Kupfer, verwendet, die auch als Teile eines Gehäuses ausgebildet sein können.
  • Problematisch an der Verwendung der bekannten metallischen Kühlkörper sind die aufwändige Fertigung des Kühlkörpers, sowie dessen elektrische Leitfähigkeit. Darüber hinaus ist bei der Montage eines Kühlkörpers zur Herstellung eines gleichmäßigen Wärmeübergangs vom Leistungshalbleitermodul der Einsatz einer Wärmeleitpaste, eines Wärmeleitpads oder ähnlicher Einrichtungen notwendig.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Leistungshalbleitermodul mit einem Kühlelement zu schaffen, das einfach herzustellen ist und eine einfache Anbindung an das Leistungshalbleitermodul ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Leistungshalbleitermodul mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
  • Grundgedanke der Erfindung ist es, einen Kühlkörper für ein Leistungshalbleitermodul zu schaffen, der einen metallischen Kern aufweist, der mit einer Schicht eines thermisch hochleitfähigen Polymers umspritzt ist und dadurch (äußerlich) nicht elektrisch leitend ist.
  • Durch Verwendung des thermisch hochleitfähigen Polymers ist es insbesondere möglich den Kühlkörper direkt an das Leistungshalbleitermodul bzw. an dessen Substrat anzubringen (anzuspritzen), sodass ein optimaler Wärmeübergang ohne Verwendung zusätzlicher Wärmeübergangsschichten sichergestellt ist.
  • Ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Leistungshalbleitermodul weist also ein Substrat und einem dem Substrat benachbart angeordneten, Wärme ableitenden Kühlkörper auf, wobei der Kühlkörper ein mit einem hoch wärmeleitfähigen Polymer umspritzter Metallkörper ist.
  • Durch diese Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, dass die Außenkontur des Kühlkörpers eine andere, speziell eine komplexere Form als die insbesondere einfach gehaltene Außenkontur des Metallkörpers erhält.
  • Der Metallkörper weist bevorzugt einen sich parallel zum Substrat erstreckenden ersten Abschnitt und einen sich rechtwinklig zum Substrat erstreckenden zweiten Abschnitt aufweist. Besonders bevorzugt ist der Metallkörper aus einer Mehrzahl disjunkter Metallelemente gebildet.
  • Der Metallkörper bzw. die Metallelemente sind beispielsweise aus Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) gebildet.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind in dem Polymer zwischen dem Substrat und dem Metallkörper zur Aufnahme eines Fluids eingerichtete Kühlkanäle angeordnet.
  • Die Fertigung des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls kann einfach dadurch erfolgen, dass der Kühlkörper an das Leistungshalbleitermodul angespritzt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kühlkörper vollständig und das Substrat teilweise mit dem hoch wärmeleitfähigen Polymer umspritzt sind. Die Verbindung zwischen Substrat und Kühlkörper kann jedoch auch nach dem Spritzen des Kühlkörpers z. B. durch heißes Einprägen des Substrates in das thermisch hochleitfähige Polymer erfolgen. In jedem Falle wird eine unmittelbare stoffschlüssige Verbindung ohne weitere Wärmeübergangsschichten erzielt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines besonders bevorzugt ausgestalteten Leistungshalbleitermoduls nach der Erfindung.
  • Das besonders bevorzugt ausgestaltete Leistungshalbleitermodul 10 weist ein Substrat 20 und ein dem Substrat 20 benachbart angeordneten Kühlkörper 30 auf. Der Kühlkörper 30 besteht aus einem Metallkörper 32 und einer den Metallkörper 32 umgebenden Umspritzung aus einem hoch wärmeleitfähigen Polymer 32.
  • Der in 1 dargestellte Metallkörper 32 ist aus einer Mehrzahl von disjunkten Metallelementen gebildet, die einen sich parallel zum Substrat 30 erstreckenden ersten Abschnitt und einen sich rechtwinklig zum Substrat 20 erstreckenden zweiten Abschnitt aufweisen.
  • Das um die Metallelemente umspritzte thermisch hochleitfähige Polymer 32 sorgt für eine Oberflächenvergrößerung und damit für eine bessere Wärmespreizung und Wärmeabgabe an die Umgebung.

Claims (8)

  1. Leistungshalbleitermodul (10) mit einem Substrat (20) und einem dem Substrat (20) benachbart angeordneten, Wärme ableitenden Kühlkörper (30), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (30) ein mit einem hoch wärmeleitfähigen Polymer (32) umspritzter Metallkörper (34) ist.
  2. Leistungshalbleitermodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Kühlkörpers (30) und die Außenkontur des Metallkörpers (34) unterschiedlich sind.
  3. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (34) einen sich parallel zum Substrat (20) erstreckenden ersten Abschnitt und einen sich rechtwinklig zum Substrat (20) erstreckenden zweiten Abschnitt aufweist.
  4. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (34) aus einer Mehrzahl disjunkter Metallelemente (34) gebildet ist.
  5. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (34) aus Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) gebildet ist.
  6. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch im Kühlkörper (30) zwischen dem Substrat (20) und dem Metallkörper (30) angeordnete zur Aufnahme eines Fluids eingerichtete Kühlkanäle.
  7. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (30) an das Leistungshalbleitermodul (10) angespritzt ist.
  8. Leistungshalbleitermodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (30) vollständig und das Substrat (20) teilweise mit dem hoch wärmeleitfähigen Polymer (32) umspritzt sind.
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DE102020215142A1 (de) 2020-12-01 2022-06-02 Vitesco Technologies Germany Gmbh Leistungshalbleitermodul und Antriebsstrang für ein Fahrzeug aufweisend ein derartiges Leistungshalbleitermodul

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