[发明专利]半导体器件、半导体模块和用于冷却半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及带有具延伸周缘(extended perimeter)的层的半导体器件。更具体地，本发明涉及带有用于通过半导体模块中的液体冷却系统来改善冷却的延伸周缘的半导体器件和用于冷却半导体器件的方法。

背景技术

已知某些半导体器件在运行期间产生过多热量。这尤其发生在通常作为大功率电路中的开关或整流器的功率半导体器件中。例如，功率逆变器用于电动车辆和混合动力车辆中，以提供三相运行功率至车辆的电动马达。通常必须冷却功率逆变器和其它的这种器件，以确保恰当的功能。为此，容纳这种功率器件的功率模块经常具有某些形式的冷却系统。例如，传统的冷却系统通常采用冷却板(例如，散热器)，以将热量从功率器件上传递走。散热器可包括金属本体(例如，铝、铜等)，其具有平坦表面和离开该平坦表面延伸的多个突出部(“针鳍(pinfin)”)。散热器的平坦表面与功率器件热接触(例如，焊接至支承功率器件的基底上)，并且针鳍暴露于通常为空气或冷却剂流体(coolantfluid)(例如，乙二醇水溶液)的冷却源。一种液体冷却系统利用泵以使冷却剂流体在功率器件的顶部上方和该顶部上循环。在器件运行期间，热量离开功率器件传导至由冷却源对流式冷却的针鳍。

传统的半导体器件可能未在上述的冷却系统中实现最佳的冷却。通常，半导体器件的许多热量由半导体元件本身所产生。在作为功率器件的绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件中，该晶体管可产生器件中的大部分热量(例如，切换和传导损失)。然而，在这种器件中，由于液体冷却剂必须通过定位在晶体管上方的若干个介入层(例如，互连层和绝缘层)将热量从器件上传导走，故可能不能有效地冷却该晶体管。

因此，希望提供一种能够利用液体冷却系统进行更加有效的冷却的半导体器件。此外，还希望提供一种半导体模块，其包括半导体器件和有效地冷却该半导体器件的液体冷却系统。此外，希望提供一种比常规方法更有效的利用液体冷却系统冷却半导体器件的方法。通过与附图和上述的技术领域和背景技术相结合的随后的详细说明和权利要求，本发明的其它的期望的特征和特性将变得显而易见。

发明内容

根据一个典型实施例，提供了一种半导体器件，该半导体器件包括具有第一和第二相对的金属化主面(major face)的薄片(wafer)和结合至薄片的第一金属化面上的晶体管。该晶体管包括第一表面，第一表面限定第一区域。该器件还包括结合至晶体管的第一表面上的第一金属层。该第一金属层具有限定比晶体管的第一区域大的第二区域的第一表面。该器件还包括结合至第一金属层的第一表面上的陶瓷层。

根据另一个典型实施例，提供一种半导体模块，该半导体模块包括具有在其中的空腔的外壳和位于空腔内的至少一个半导体器件。该至少一个半导体器件包括：薄片，其具有第一和第二相对的金属化主面；晶体管，其结合至薄片的第一金属化面上，并且具有限定第一区域的第一表面；第一金属层，其结合至晶体管的第一表面上，并且具有限定比晶体管的第一区域大的第二区域的第一表面；陶瓷层，其结合至第一金属层上；和冷却系统。该冷却系统包括穿过外壳并流通地联接(fluidly coupled)至空腔的流动通道，并且该冷却系统构造成使冷却剂流体循环通过所述流动通道并与至少一个半导体器件的第一金属层接触。

根据又一个典型实施例，提供一种用于冷却半导体器件的方法，该方法包括步骤：使冷却剂流体循环通过流动通道；将冷却剂流体引导至半导体器件的第一金属层上，该第一金属层结合至半导体器件中的晶体管上；并且收集冷却剂流体并使冷却剂流体再循环通过流动通道。

附图说明

将在下文中结合以下附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，在附图中：

图1是根据本发明典型实施例的半导体模块的第一截面图；

图2是沿平面2-2截取的图1所示的半导体模块的第二截面图；

图3是用于图1和图2的半导体模块中的半导体器件的典型实施例的等轴视图；

图4是图3的半导体器件的分解等轴视图；而

图5是用于图1-4的半导体器件中的典型金属层的平面图。

具体实施方式

以下的详细说明在本质上仅仅是示范性的，而不意图限制本发明或本发明的应用和使用。此外，不意图使本发明由在前述的技术领域、背景技术、发明内容或以下的详细说明中提出的所有明确的或隐含的原理所限制。