专利名称：半导体散热装置的组合件的制作方法
技术领域：
本发明是一种组合件(subassembly)，此种组合件是由一个具有散热接触面的电力半导体模块、一个冷却组件、以及一个将散热接触面压紧在冷却组件上的压紧装置所构成。
背景技术：
一种由专利DE199 42 915 A1公开的此类组合件具有一个以适当材料(例如陶瓷材料)制成的无底板式绝缘导热载体(基材)。在此基材的正面(也就是所谓的安装面或元件装配面)上装有多个排成一列的电力半导体，这些电力半导体与形成于(例如铜包层)基材正面上的互连结构形成导电连接。
作为散热接触面的基材底面和正面一样也有一层镀层(例如铜)。一个压紧装置会将此作为散热接触面的基材底面压紧在组合件的一个散热器上，以便能够将组合件在运转时以热能形式产生的功率损耗经由冷却器排出。
原则上压紧装置可以作用在一个外壳上，该外壳保护性地包住安装在基材上的构件。但是专利DE199 42 915 A1并未就此部分的具体状况作进一步的说明。
为了达到有效的散热作用或者较小的热传输阻力，并且从而确保组合件能够稳定的运转，即使在变化的运转条件及经过多次温度变化循环后，冷却器都必须能够可靠地、无间隙地贴紧在基材底面上。
为达到这一的目的，因此这种已知组合件的压紧装置是由多个单一的可导电压力板所构成。压力板的上方端面与一个其上安装有其它电子组件的印刷电路板连接。压力板的下方端面则支撑在基材的印刷线路上。此种压紧装置从而尤其复杂，而且安装也很费事。特别是不可能进行有效的预安装。
发明内容
本发明的目的是提出一种如前面说明的组合件，而且此种此组合在电力半导体模块及冷却组件之间提供制造容易、成本低廉的可靠固定和热传导。
采用具有本发明的权利要求1的组合件以及具有本发明的权利要求5的方法及/或具有本发明的权利要求6的特征的固定夹可达到本发明的目的。其它从属权利要求的内容则为本发明的组合及发展。
根据本发明，此目的在如前面说明的压紧装置作为一种弹性固定夹的组合件例子中获得，这种弹性固定夹具有一个锚定于冷却组件的支座内的锚定区域及一个可以使固定夹与电力半导体模块连接的连接区域。
本发明的第一个重点是实现固定夹在电力半导体模块上的(预)固定。为达到此一要求，可以通过一个构成连接区域的终端将固定夹与电力半导体模块及/或电力半导体模块的外壳固定在一起。这个固定不必是刚性的，而最好是一种能够容许作相对运动的固定方式，以便使接下来的安装步骤及与其它将安装的组件(例如冷却组件)之间的校准更容易进行。这个连接使固定夹及电力半导体模块形成一个共同且不会分开的单元，这对于接下来的安装步骤有很大的好处。
本发明的第二个重点是弹性固定夹以简单的方式补偿尺寸公差。
本发明的第三个重点是仅以一个单一的固定夹即可形成电力半导体及冷却组件之间的连接，并从而只需用简单且成本低廉的方式即可完成此一连接。
根据本发明的组合件的一个好处是可以保持某一预期安装。例如，首先经由一种已知的方式(如焊接)将电力半导体上背对散热接触面的部分与其它的构件及/或一个印刷电路板连接在一起。已预先安装好的固定夹可以使接下来与冷却组件的安装工作变容易，否则，先前焊接上去的印刷电路板将会使冷却组件的安装工作变得很困难。
在该文中，在本发明一种优选的组合中，电力半导体模块是与一个印刷电路板连接，而且这个印刷电路板具有一个可通达锚定区域的开口。
在本发明的一种同时具有构造上的优点及制造上的优点的组合件的实施方式中，锚定区域的形状为U形，而且该锚定区域的两个U边中的至少一个U边上具有一个止动装置，这个止动装置可以将锚定区域固定在冷却组件的支座内。
本发明的组合件的另外一种有利的实施方式是由冷却组件的一个开口构成其支座。
本发明的内容还包括一种形成在与一个印刷电路板连接的电力半导体的散热接触面和冷却组件之间的导热连接的方法。根据本发明的这种方法包括以下的步骤使一个弹性固定夹的连接区域与电力半导体模块连接，将电力半导体模块与印刷电路板连接，将电力半导体模块的散热接触面与冷却组件接触，将弹性固定夹的锚定区域锚定在冷却组件的支座内，以维持散热接触面与冷却组件的接触，这个锚定作用是经由设置在印刷电路板内的开口作用在锚定区域上。
这种方法的工作效率特别高，尤其是可以使接下来与冷却组件连接的安装步骤变容易。事先在预安装步骤中形成的电力半导体模块与固定夹之间的连接会形成一个共同且不会分开的单元，利用此种单元就可以按照一种合乎吾人需求的特定步骤来进行组合件的安装工作。也就是首先经由一种已知的方式将电力半导体上背对散热接触面的部分与其它的构件及/或一个印刷电路板焊接在一起。已预先安装好的固定夹及印刷电路板内的开口可以使接下来与冷却组件的安装工作变容易。在最简单的情况下，只需在印刷电路板钻一个小孔即可形成这个可通达锚定区域的开口。
本发明的方法使用的固定夹具有一个可以锚定于冷却组件的支座内的锚定区域及一个可以使固定夹与电力半导体模块连接的连接区域。
以下配合图形对本发明的特征及方法作进一步的说明图式1本发明的组合件的安装示意图。
图式2固定夹的放大图。
图式3以示意方式显示如图式1中的第3个安装步骤的顺序。
具体实施例方式
图式1中箭号旁的数字1、2、3分别代表本发明的组合件的第1、第2、第3个安装步骤。这些安装步骤将再后面逐一详细说明。
首先(第1个安装步骤)，通过连接区域10a，将一个固定夹10固定在电力半导体的外壳14的正面12上。
从图式2的放大图可以看出，固定夹10的连接区域10a可以是由固定夹10的一个具有弹性的终端所构成。这个具有弹性的终端在与图式1所示的外壳正面12接触时会对外壳14的正面12施加一个压力F1。如图式2所示，固定夹10的另外一个具有弹性的终端是作为锚定区域10b，其形状基本上为U形。在U形锚定区域10的内侧边上有一个倒钩10c。
外壳14包覆构件(未详细呈现)，尤其是电力半导体，这些构件设置在陶瓷基材上并且为电力半导体模块15的组成部分。这些构件通过互连(未示出)形成电接通，并与外面的焊接端16连接。基材底面20完全镀以一层铜，并且从而作为散热接触面22。
外壳14的正面12有一个闭锁钩12a。在预安装状态下，也就是在外壳14与固定夹10形成机械连接后，这个闭锁钩12a会将固定夹10的连接区域10a自动固定住。
对于本发明的目的，所谓自动固定是指为了使接下来的安装步骤能够顺利进行，两个部分以能够彼此足够稳固且不会分开的方式连接在一起。但是这并不排除能够允许后继的校准及/或相对运动及移动的松散连接方式。
在接下来的步骤(步骤2)中，例如通过与焊接端16焊接连接，将印刷电路板与电力半导体模块15连接，并且从而与电力半导体模块形成一单元，该单元用于产生组合件接下来的步骤。其它的元件也可放置和结合在印刷电路板30上。印刷电路板30有一个钻孔或开口30a，关于此部分将在稍后加以说明。固定夹10的形状及尺寸最好能够让固定夹10在与电力半导体模块连接后不会突出于散热接触面22所在的平面之外。这样可以确保在进行下一个安装步骤之前，散热接触面可以在必要情况下以很简单的方式被自动印上或涂上一层导热膏。
第3个安装步骤是在将印刷电路板30与电力半导体模块15连接成一个共同的单元后，将这个共同的单元的散热接触面22压紧在冷却组件40上的对应的接触面40a。这个冷却组件40可以是由一个经挤压形成的冷却器所构成，其上并具有一个适当的开口、钻孔、或是沟槽40b。带有钻孔的铝制铸件也可作为冷却组件。(在最简单的情况下也可用一片薄钢板作为冷却组件)。
图式3显示第3个安装步骤的顺序。图式3的左半部分显示电力半导体15的散热接触面220已放置在冷却组件40上。此时锚定区域10b以位于钻孔40b的正上方的方式对准。固定夹10由于锚定区域10b会弹性变形而向上偏转。
图式3的右半部分显示组合件安装完成后的情况。通过印刷电路板30内优选为圆柱状的开口30a，以一个在图式中未绘出的工具(例如一根带有一道能够与固定夹的厚度相配的凹槽的探针)对固定夹10的锚定区域10b施以一个作用力F。从而使该区域发生弹性变形而最终将自身推入穿过钻孔40b。如此这个钻孔40b就构成了如图式2所示的锚定区域10b或倒钩10c的支座50。
这样，就可以防止锚定区域10b因为倒钩10c在开口下方边缘的闭锁(止动)而从钻孔40b滑出。在此状态下，散热接触面22就会因为由连接区域10a作用于电力半导体模块15的正面12的压力F1，见图式2被压紧在冷却组件40的正面上，并提供一个可靠的导热作用。
由上可知本发明的组合件的特征是可以用简单、低成本的方法将电力半导体模块以可靠的方式固定/连接在冷却组件上。一种特别有利的方式是，仅需使用一单一固定夹即可完成此种固定和连接。为可在必要的情况下，可以先将电力半导体模块与印刷电路板连接，然后在不会导致复杂的安装程序的情况下再与冷却组件连接。
在安装印刷电路板和冷却组件之前最好先将固定夹及电力半导体模块以预安装的方式先安装好(使二者形成一个共同的单元)，然后再一起处理这个共同的单元。
权利要求
1.一种组合件，其具有--一个具有散热接触面(22)的电力半导体模块(15)，--一个冷却组件(40)，以及--一个将所述散热接触面(22)压紧在冷却组件(40)上的压紧装置，所述组合件的其特征在于--压紧装置为一种弹性固定夹(10)，--所述压紧装置具有一个可以锚定于冷却组件(40)的一个支座(50)内的锚定区域(10b)，--所述压紧装置具有一个可以使其与所述电力半导体模块(15)连接的连接区域(10a)。
2.如权利要求1所述的组合件，其特征在于所述电力半导体模块(15)经由焊接端(16)与一个印刷电路板(30)连接，而且所述印刷电路板(30)具有一个可通达锚定区域(10b)的开口(30a)。
3.如权利要求1或2所述的组合件，其特征在于所述锚定区域(10b)的形状为U形，而且在至少一个U型边上具有一个止动装置(10c)，所述止动装置(10c)可以将所述锚定区域(10b)固定在所述冷却组件(40)的所述支座(50)内。
4.如权利要求1、2、或3项所述的组合件，其特征在于所述支座(50)是由所述冷却组件(40)的一个钻孔(40b)构成。
5.一种在与印刷电路板(30)连接的电力半导体(15)的散热接触面(22)和冷却组件(40)之间形成导热连接的方法，其特征在于--通过连接区域(10a)，将弹性固定夹(10)与所述电力半导体模块(15)连接，--将所述电力半导体模块(15)与所述印刷电路板(30)连接，--将所述散热接触面(22)与所述冷却组件(40)接触，--将所述弹性固定夹(10)的锚定区域(10b)锚定在所述冷却组件(40)一侧上的支座(50)内，以维持所述接触，所述锚定区域(10b)是经由设置在印刷电路板(30)内的开口(30a)作用在锚定区域(10b)上。
6.一种用于如权利要求5的方法的固定夹，其特征在于其具有由所述冷却组件(40)的支座(50)容纳的锚定区域(10b)及具有一个可以使所述固定夹(10)与所述电力半导体模块(15)连接的连接区域(10a)。
全文摘要
一种组合件，由一个具有散热接触面(22)的电力半导体模块(15)、一个冷却组件(40)、以及一个将散热接触面(22)压紧在冷却组件(40)上的压紧装置所构成。为了能够经由简单、低成本的方法将电力半导体模块以可靠的方式固定在冷却组件上，压紧装置设计成一种弹性固定夹(10)。这种弹性固定夹(10)具有一个可以锚定于冷却组件(40)的支座(50)内的锚定区域(10)及一个可以使其自行固定在电力半导体模块上的连接区域(10a)。
文档编号H01L23/40GK1495890SQ0315390
公开日2004年5月12日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月19日
发明者T·史托尔哲, T 史托尔哲, R·伯特赫尔, 睾斩 申请人:优沛欧洲半导体产业有限两合公司