Halbleitermodulanordnung mit einem Kühlkörper und zumindest einem Halbleitermodul

Die Erfindung betrifft eine Halbleitermodulanordnung mit ei nem Kühlkörper und zumindest einem Halbleitermodul.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Stromrichter mit mindestens einer derartigen Halbleitermodulanordnung.

Derartige Halbleitermodulanordnungen kommen in der Regel in einem Stromrichter zum Einsatz. Unter einem Stromrichter ist beispielsweise ein Gleichrichter, ein Wechselrichter, ein Um richter oder ein Gleichspannungswandler zu verstehen.

Mit der fortschreitenden Miniaturisierung in der Aufbau- und Verbindungstechnik, beispielsweise durch eine planare Aufbau- und Verbindungstechnik, nimmt die Leistungsdichte in Halb leitermodulen zu. Um Elektronikausfälle durch thermische Überlastungen zu vermeiden, werden daher immer effektivere aber auch kostengünstigere Konzepte zum Entwärmen von Halb leiterelementen benötigt.

Die Patentschrift DE 102013 207 804 B4 beschreibt ein Leis tungsmodul aufweisend ein Substrat mit einem elektrisch iso lierenden Element mit einer ersten metallbeschichteten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten metallbeschichteten Sei te und einem oder mehreren Halbleiterchips, die an der ersten metallbeschichteten Seite des Substrats befestigt sind. Eine Vielzahl wärmeleitender Strukturen ist seitlich voneinander beabstandet und einzeln direkt an der zweiten metallisierten Seite des Substrats befestigt, so dass die Vielzahl wärmelei tender Strukturen von der zweiten metallisierten Seite nach außen ragt.

Die Patentschrift US 10,665,525 B2 beschreibt eine Vorrich tung mit einem Modul, das einen Halbleiterchip einschließt. Die Vorrichtung kann einen Kühlkörper einschließen, der mit dem Modul gekoppelt ist und ein Substrat und eine Vielzahl von Vorsprüngen einschließt. Die Vorrichtung kann eine Abde ckung einschließen, die einen Kanal einschließt, wobei die Vielzahl von Vorsprüngen des Kühlkörpers innerhalb des Kanals angeordnet ist, und kann einen Dichtungsmechanismus ein schließen, der zwischen der Abdeckung und dem Modul angeord net ist.

Die Offenlegungsschrift DE 102018 206 020 Al beschreibt eine Anordnung mit einer Schaltungsträgerplatte, auf der mindes tens ein elektrisches/elektronisches Bauelement angeordnet ist. In der Schaltungsträgerplatte ist mindestens ein Wärme rohr ausgebildet.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, eine Halbleitermodulanordnung anzugeben, welche eine, im Vergleich zum Stand der Technik, effektivere Entwärmung und kostengünstigere Herstellung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Halb leitermodulanordnung aufweisend einen Kühlkörper und zumin dest ein Halbleitermodul, welches auf dem Kühlkörper kontak tiert ist, wobei der Kühlkörper einen Kühlkörpergrundkörper und einen Kühlkörperaufsatz umfasst, wobei der Kühlkörperauf satz auf einer ersten Oberfläche eine Kanalstruktur aufweist, in welcher ein Wärmetransportfluid angeordnet ist, wobei der Kühlkörpergrundkörper eine Kühlkörpergrundkörperoberfläche aufweist, wobei die Kanalstruktur durch eine stoffschlüssige Verbindung mit der Kühlkörpergrundkörperoberfläche des Kühl körpergrundkörpers hermetisch verschlossen ist, sodass sowohl der Kühlkörperaufsatz als auch der Kühlkörpergrundkörper in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid stehen, wo bei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur und das Wärmetransportfluid eine pulsierende Heatpipe ausgebildet ist, welche mit dem Halbleitermodul in einer thermisch leit fähigen Verbindung steht. Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Halbleitermodulanordnung aufweisend einen Kühlkörper und zu mindest ein Halbleitermodul welches auf dem Kühlkörper kon taktiert ist, wobei der Kühlkörper einen Kühlkörpergrundkör per und einen Kühlkörperaufsatz umfasst, wobei der Kühlkör pergrundkörper eine Kühlkörpergrundkörperoberfläche aufweist, wobei auf der Kühlkörpergrundkörperoberfläche eine Kanal struktur, in welcher ein Wärmetransportfluid angeordnet ist, ausgebildet ist, wobei der Kühlkörperaufsatz eine erste Ober fläche aufweist, wobei die Kanalstruktur durch eine stoff schlüssige Verbindung mit der ersten Oberfläche des Kühlkör peraufsatzes hermetisch verschlossen ist, sodass sowohl der Kühlkörperaufsatz als auch der Kühlkörpergrundkörper in un mittelbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid stehen, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur und das Wär metransportfluid eine pulsierende Heatpipe ausgebildet ist, welche mit dem Halbleitermodul in einer thermisch leitfähigen Verbindung steht.

Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Stromrichter mit mindestens einer derartigen Halb leitermodulanordnung .

Die in Bezug auf die Halbleitermodulanordnung nachstehend an geführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf den Stromrichter übertragen.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, zumindest ein Halbleitermodul einer Halbleitermodulanordnung kostengünstig über einen Kühlkörper mit einer pulsierenden Heatpipe zu ent- wärmen. Eine pulsierende Heatpipe (engl, pulsating heat pipe, PHP), die auch als oszillierende Heatpipe (engl, oscillating heat pipe, OHP) bezeichnet wird, ist eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung mit einer geschlossenen Kanalstruktur, in der ein Wärmetransportmedium angeordnet ist, das entlang der Kanalstruktur durch die Oberflächenspannung des Wärmetrans portmediums abwechselnd DampfSegmente und Flüssigsegmente bildet. Diese Dampf- und Flüssigsegmente werden durch einen Temperaturgradienten zum Pulsieren beziehungsweise Oszillie ren angeregt. An einer Wärmequelle dehnen sich die DampfSeg mente aufgrund der höheren Temperatur aus; zudem siedet flüs siges Wärmetransportmedium dort und nimmt dabei latente Wärme auf. An einer Wärmesenke schrumpfen die DampfSegmente durch Kondensation gasförmigen Wärmetransportmediums und geben da bei latente Wärme ab. Die lokalen Temperatur- und Druckunter schiede treiben das ständige Pulsieren beziehungsweise Oszil lieren der Dampf- und Flüssigsegmente an.

Eine kostengünstige Realisierung einer derartigen pulsieren den Heatpipe wird erreicht, indem der Kühlkörper einen Kühl körpergrundkörper und einen Kühlkörperaufsatz umfasst, wobei das zumindest eine Halbleitermodul auf dem Kühlkörper kontak tiert ist. Das Halbleitermodul kann durch Schweißen, Löten, Sintern oder durch mechanisches Angedrücken, z.B. mittels Schrauben, kontaktiert und optional, beispielsweise mittels eines Dichtrings, abgedichtet werden. Auf einer dem zumindest einen Halbleitermodul abgewandten Seite des Kühlkörperaufsatz wird eine Kanalstruktur zur Aufnahme eines Wärmetransportflu- ids, welches beispielsweise Wasser, Aceton oder Methanol ent hält, eingefügt, wobei die Kanalstruktur durch eine stoff schlüssige Verbindung des Kühlkörperaufsatzes mit einer Kühl körpergrundkörperoberfläche des Kühlkörpergrundkörpers herme tisch verschlossen wird, sodass sowohl der Kühlkörperaufsatz als auch der Kühlkörpergrundkörper in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid stehen. Die Stoffschlüssige Ver bindung ist beispielsweise mittels Kleben, Löten, Schweißen oder Sintern hergestellt. Ein unmittelbarer Kontakt besteht in diesem Zusammenhang, wenn das Wärmetransportfluid direkt und ohne dazwischen angeordnete Komponenten sowohl mit dem Kühlkörperaufsatz als auch mit dem Kühlkörpergrundkörper in Kontakt steht. Durch die hermetisch verschlossene Kanalstruk tur, welche das Wärmetransportfluid enthält, ist eine pulsie rende Heatpipe ausgebildet, welche mit dem Halbleitermodul in einer thermisch leitfähigen Verbindung steht. Alternativ ist die Kanalstruktur zur Aufnahme des Wärmetrans portfluids auf der Kühlkörpergrundkörperoberfläche des Kühl körpergrundkörpers ausgebildet, wobei die Kanalstruktur durch eine stoffschlüssige Verbindung der Kühlkörpergrundkörper oberfläche des Kühlkörpergrundkörpers mit dem Kühlkörperauf satz hermetisch verschlossen wird, sodass sowohl der Kühlkör peraufsatz als auch der Kühlkörpergrundkörper in unmittelba rem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid stehen.

Eine derartige Halbleitermodulanordnung ermöglicht die Ver wendung eines, beispielsweise stranggepressten, Standard- Kühlkörpers als Kühlkörpergrundkörper, sodass eine gute Kos tenposition erreicht wird. Der Kühlkörperaufsatz ist bei spielsweise mittels Druckguss kostengünstig herstellbar. Es ist keine pulsierende Heatpipe als dediziertes zusätzliches Bauteil erforderlich. Das Befüllen der pulsierenden Heatpipe mit dem Wärmetransportfluid kann nach einem Standardprozess erfolgen. Ferner wird durch die pulsierende Heatpipe eine ef fektive Entwärmung durch Wärmespreizung erreicht, sodass bei spielsweise keine Kupferbodenplatte für das zumindest eine Halbleitermodul erforderlich ist.

Der Kühlkörperaufsatz weist ein Mittelstück und beidseitig angeordnete Endstücke auf, wobei das Mittelstück im Wesentli chen parallel angeordnete Kanäle der Kanalstruktur umfasst und wobei die beidseitig angeordneten Endstücke jeweils Um lenkkanäle der Kanalstruktur aufweisen, wobei die Umlenkkanä le derartig angeordnet sind, dass diese eine fluidtechnischen Verbindung zwischen den im Wesentlichen parallel angeordneten Kanälen des Mittelstücks hersteilen. Die Umlenkkanäle sind beispielsweise als Nuten ausgeführt. Insbesondere sind die Endstücke jeweils stoffschlüssig mit dem Mittelstück verbun den. Beispielsweise ist die stoffschlüssige Verbindung zwi schen dem jeweiligen Eckstück und dem Mittelstück hermetisch dicht ausgeführt, um ein Entweichen des Wärmetransportfluids zu verhindern. Das Mittelstück und die Endstücke des Kühlkör peraufsatzes sind beispielsweise aus einem metallischen Werk stoff, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegie- rung, hergestellt. Durch die parallel angeordneten Kanäle der Kanalstruktur ist das Mittelstück, beispielsweise durch Strangpressen, einfach und kostengünstig herstellbar.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Kühlkörper grundkörper auf einer dem Kühlkörperaufsatz abgewandten Seite eine Mehrzahl von Kühlfinnen aufweist, wobei die im Wesentli chen parallel angeordnete Kanäle des Mittelstücks quer zu den Kühlfinnen verlaufend angeordnet sind. Durch eine derartige orthogonale Anordnung wird eine verbesserte Temperaturvertei lung erzielt, sodass eine effektivere Entwärmung erfolgt.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das zumindest eine Halbleitermodul ein Substrat umfasst, welches zumindest ein Halbleiterbauelement und eine auf einer dem Halbleiter bauelement abgewandten Seite angeordnete Metallisierung um fasst, wobei die Metallisierung des Substrats unmittelbar mit dem Kühlkörperaufsatz verbunden ist. Insbesondere können die Metallisierung des Substrats und zumindest ein Teil des Kühl körperaufsatzes einstückig ausgebildet sein. Unter einer un mittelbaren Verbindung ist in diesem Zusammenhang eine direk te Verbindung zu verstehen, die Verbindungsmittel zur Her stellung der stoffschlüssigen Verbindung wie z.B. Kleber, Lötzinn oder Sinterpaste einschließt, ein zusätzliches Ver bindungselement wie z.B. einen Abstandshalter oder eine Bo denplatte jedoch ausschließt. Durch den Wegfall eines derar tigen zusätzlichen Verbindungselements wird eine verbesserte thermische Anbindung des Halbleitermoduls erreicht, sodass eine verbesserte Entwärmung stattfindet.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Kühlkörper aufsatz auf einer zweiten Oberfläche eine Kavität aufweist, in welcher das Halbleitermodul mit dem Kühlkörperaufsatz kon taktiert ist. Die Kavität, welche beispielsweise eine recht eckige Außenkontur aufweist, wird insbesondere durch spanende Verarbeitung, z.B. Fräsen, eingefügt. Durch die Kavität ist das Halbleitermodul näher an der pulsierenden Heatpipe anordenbar, was zu einer verbesserten Entwärmung führt. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Kavität der artig ausgeführt ist, dass das Halbleitermodul in unmittelba rem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid steht. Ein unmittel barer Kontakt besteht in diesem Zusammenhang, wenn das Wär metransportfluid direkt und ohne dazwischen angeordnete Kom ponenten mit Teilen des Halbleitermoduls kontaktiert ist. Beispielsweise ist eine Tiefe der Kavität zumindest so groß gewählt, dass sich die Tiefe der Kavität und eine zweite Tie fe der Kanäle zu einer Gesamtdicke des Kühlkörperaufsatzes addieren. Durch eine derartige unmittelbare Kontaktierung werden die thermischen Kontaktwiderstände reduziert.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zumindest das Mittelstück des Kühlkörperaufsatzes aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere mittels Strangpressen, her gestellt ist. Ein stranggepresster Kühlkörperaufsatz ist, beispielsweise im Vergleich zu einem gegossenen Kühlkörper aufsatz, aus einer Aluminiumlegierung mit einem niedrigeren Siliziumanteil, z.B. 0,5%, herstellbar, sodass eine verbes serte thermische Leitfähigkeit erreicht wird. Ein derartiger aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellter Kühlkörperaufsatz verbessert die thermische Anbindung des Halbleitermoduls, insbesondere im Vergleich zu einem Kühlkör peraufsatz aus Kunststoff.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Kühlkörper aufsatz aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellt ist, welcher, insbesondere vollständig, mit einem metallischen Werkstoff beschichtet ist, wobei das Halbleitermodul durch Löten mit dem Kühlkörperaufsatz verbunden ist. Ein dielektri scher Werkstoff ist beispielsweise ein keramischer Werkstoff oder ein Kunststoff. Der Kühlkörperaufsatz aus Kunststoff ist leicht und, beispielsweise durch Gießen, kostengünstig her stellbar. Eine, insbesondere vollständige, Beschichtung mit einem metallischen Werkstoff, z.B. Kupfer, kann kostengünstig und zuverlässig durch Galvanisieren, thermische Spritzverfah ren oder, insbesondere chemische oder physikalische, Gaspha- senabscheidung erfolgen. Beispielsweise wird durch die metal lische Beschichtung eine verbesserte Gasdichtigkeit erreicht.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Kühlkörper aufsatz aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellt ist, wobei das Halbleitermodul durch Kleben mit dem Kühlkörperauf satz verbunden ist. Insbesondere fungiert der Kühlkörperauf satz als Isolator. Ein dielektrischer Werkstoff ist bei spielsweise ein keramischer Werkstoff oder ein Kunststoff.

Ein aus einem Kunststoff hergestellter Kühlkörperaufsatz ist leicht und, beispielsweise durch Gießen, insbesondere Spritz guss, kostengünstig herstellbar. Ein aus einem keramischen Werkstoff hergestellter Kühlkörperaufsatz weist nahezu opti male Isolationseigenschaften und eine gute Wärmeleitfähigkeit auf.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das zumindest eine Halbleiterbauelement des Halbleitermoduls unmittelbar auf einer Metallisierung kontaktiert ist, wobei der dielekt rische Werkstoff elektrisch isolierend ausgeführt ist, wobei die Metallisierung des Halbleitermoduls unmittelbar auf dem aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellten Kühlkörper aufsatz aufgeklebt ist. Eine dielektrische Materiallage des Substrats fällt somit weg, sodass durch eine derartige unmit telbare Kontaktierung thermische Kontaktwiderstände reduziert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert.

Es zeigen:

FIG 1 eine schematische dreidimensionale Darstellung einer ersten Ausgestaltung einer Halbleitermodulanordnung, FIG 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausge staltung einer Halbleitermodulanordnung im Quer schnitt,

FIG 3 eine schematische Darstellung der dritten Ausgestal tung der Halbleitermodulanordnung im Längsschnitt,

FIG 4 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Ausschnitts der ersten Ausgestaltung der Halbleiter- modulanordnung,

FIG 5 eine schematische Darstellung einer vierten Ausge staltung einer Halbleitermodulanordnung im Quer schnitt,

FIG 6 eine schematische Darstellung der vierten Ausgestal tung der Halbleitermodulanordnung im Längsschnitt,

FIG 7 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer fünften Ausgestaltung einer Halbleitermodulanordnung im Querschnitt,

FIG 8 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer sechsten Ausgestaltung einer Halbleitermodulanordnung im Querschnitt,

FIG 9 eine schematische Darstellung einer siebten Ausge staltung einer Halbleitermodulanordnung im Quer schnitt,

FIG 10 eine schematische Darstellung einer achten Ausgestal tung einer Halbleitermodulanordnung im Querschnitt und

FIG 11 eine schematische Darstellung eines Stromrichters.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Er findung ergänzbar.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.

FIG 1 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung einer ersten Ausgestaltung einer Halbleitermodulanordnung 2. Die Halbleitermodulanordnung 2 weist einen Kühlkörper 4 und beispielhaft zwei Halbleitermodule 6, welche auf dem Kühlkör per 4 kontaktiert sind, auf. Der Kühlkörper 4 weist einen Kühlkörpergrundkörper 8 und einen Kühlkörperaufsatz 10 auf, wobei der Kühlkörperaufsatz 10 auf einer ersten Oberfläche 12 eine Kanalstruktur 14 aufweist, in welcher ein Wärmetrans portfluid, beispielsweise Wasser, Aceton oder Methanol, ange ordnet ist. Der Kühlkörpergrundkörper 8 ist beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mittels Strang pressen hergestellt und weist eine Kühlkörpergrundkörperober fläche 16 auf. Der Kühlkörperaufsatz 10 ist stoffschlüssig mit der Kühlkörpergrundkörperoberfläche 16 des Kühlkörper grundkörpers 8 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung ist beispielsweise mittels Kleben, Löten, Schweißen oder Sintern hergestellt. Durch die stoffschlüssige Verbindung ist die Ka nalstruktur 14 hermetisch verschlossen, wobei sowohl der Kühlkörperaufsatz 10 als auch der Kühlkörpergrundkörper 8 in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid stehen. Durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur 14 und das Wärmetransportfluid wird eine pulsierende Heatpipe ausgebil det, welche mit den Halbleitermodulen 6 in einer thermisch leitfähigen Verbindung steht. Der Kühlkörperaufsatz 10 weist ein Mittelstück 18 und zwei beidseitig angeordnete Endstücke 20 auf, welche stoffschlüs sig mit dem Mittelstück 18 verbunden sind. Die stoffschlüssi ge Verbindung zwischen dem jeweiligen Eckstück 20 und dem Mittelstück 18 ist hermetisch dicht, um ein Entweichen des Wärmetransportfluids zu verhindern. Das Mittelstück 18 und die Endstücke 20 des Kühlkörperaufsatzes 10 sind beispiels weise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Alu minium oder einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Das Mit telstück 18 umfasst im Wesentlichen parallel angeordnete Ka näle 22 der Kanalstruktur 14, sodass das Mittelteil mittels Strangpressen herstellbar ist. Die beidseitig angeordneten Endstücke 20 umfassen Umlenkkanäle 24 der Kanalstruktur 14, wobei die Umlenkkanäle 24 die im Wesentlichen parallel ange ordneten Kanäle 22 des Mittelstücks 18 verbinden und so eine fluidtechnischen Verbindung zwischen den im Wesentlichen pa rallel angeordneten Kanälen 22 hersteilen. Die Umlenkkanä le 24 sind beispielsweise als Nuten in den Endstücken 20 aus geführt.

Der Kühlkörpergrundkörper 8 weist auf einer dem Kühlkörper aufsatz 10 abgewandten Seite eine Mehrzahl von Kühlfinnen 26 auf, wobei die im Wesentlichen parallel angeordnete Kanäle 22 des Mittelstücks 18 quer zu den Kühlfinnen 26 verlaufend an geordnet sind.

FIG 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Aus gestaltung einer Halbleitermodulanordnung 2 im Querschnitt, wobei das beispielhaft eine Halbleitermodul 6 ein Substrat 28 umfasst. Das Substrat 28 weist eine dielektrische Material lage 30 mit einer Stärke von 25 gm bis 400 gm, insbesondere 50 pm bis 250 pm, auf, die einen keramischen Werkstoff, bei spielsweise Aluminiumnitrid oder Aluminiumoxid, oder einen organischen Werkstoff, beispielsweise einem Polyamid enthält. Darüber hinaus weist das Substrat 28 eine auf einer den Halb leiterbauelementen 30 abgewandten Seite angeordnete Metalli sierung 32 auf, die beispielsweise Kupfer enthält. Insbeson dere können die Metallisierung 32 des Substrats 28 und zumin- dest ein Teil des Kühlkörperaufsatzes 10, z.B. das Mittel stück 18, einstückig ausgebildet sein. Auf einer Kupferka schierung 34 des Substrats 28 sind Halbleiterbauelemente 36 kontaktiert. Die Halbleiterelemente 6 umfassen exemplarisch einen Transistor T, welcher insbesondere als Insulated-Gate- Bipolar-Transistor (IGBT) ausgeführt ist, und eine antiparal lel zum Transistor T geschaltete Diode D. Der Transistor T kann alternativ als Metalloxide-Semiconductor-Field-Effect- Transistor (MOSFET) oder als Bipolartransistor ausgeführt sein. Zusätzlich oder alternativ umfassen die Halbleiterele mente 6 einen digitalen Logikbaustein, insbesondere einen Field Programmable Gate Array (FPGA), oder einen anderen Halbleiter. Insbesondere weist der Transistor T eine Fläche von mindestens 10 mm ² auf. Über die Metallisierung 32 ist das Substrat 28 unmittelbar stoffschlüssig mit dem Kühlkörperauf satz 10 verbunden. Unter einer unmittelbar stoffschlüssigen Verbindung ist eine direkte Verbindung zu verstehen, die Ver bindungsmittel zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbin dung wie Kleber, Lötzinn, Sinterpaste, ... einschließt, ein zu sätzliches Verbindungselement wie einen zusätzlichen Leiter, einen Bonddraht, einen Abstandshalter, eine Bodenplatte, ... jedoch ausschließt.

Durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur 14 und das Wärmetransportfluid 38 wird eine pulsierende Heatpipe ausge bildet, welche mit dem Halbleitermodul 6 in einer thermisch leitfähigen Verbindung steht. Die im Wesentlichen parallel angeordnete Kanäle 22 der hermetisch verschlossenen Kanal struktur 14 weisen einen, insbesondere identischen, recht eckigen oder trapezförmigen Querschnitt auf. Die weitere Aus gestaltung der Halbleitermodulanordnung 2 in FIG 2 entspricht der in FIG 1.

FIG 3 zeigt eine schematische Darstellung der dritten Ausge staltung der Halbleitermodulanordnung 2 im Längsschnitt. Die Kanalstruktur 14 weist einen mäanderförmigen Teil auf, wobei die Mäanderform durch die im Wesentlichen parallel angeordne ten Kanäle 22 und die diese verbindenden Umlenkkanäle 24 aus- gebildet wird. Eine verschließbare Öffnung 40 ist für eine Zuführung des Wärmetransportfluids 38 vorgesehen. Die weitere Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung 2 in FIG 3 ent spricht der in FIG 2.

FIG 4 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung eines Ausschnitts der ersten Ausgestaltung der Halbleitermo dulanordnung 2, wobei das Mittelstück 18 des Kühlkörperauf satzes 10 gezeigt ist, auf welchem die beispielhaft zwei Halbleitermodule 6 kontaktiert sind. Ferner sind die im We sentlichen parallel angeordnete Kanäle 22 des Kühlkörperauf satzes 10 zu sehen, welche einen, insbesondere identischen, rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die weitere Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung 2 in FIG 4 entspricht der in FIG 1.

FIG 5 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Aus gestaltung einer Halbleitermodulanordnung 2 im Querschnitt, wobei der Kühlkörperaufsatz 10 einstückig ausgebildet ist.

Der einstückig ausgebildete Kühlkörperaufsatz 10 beispiels weise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbeson dere mittels eines Gießverfahrens, hergestellt und stoff schlüssig mit dem Kühlkörpergrundkörper 8 verbunden, wobei die Kanalstruktur 14 durch die stoffschlüssige Verbindung hermetisch verschlossen ist. Die stoffschlüssige Verbindung wird beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Sintern her gestellt.

Alternativ ist der einstückig ausgebildete Kühlkörperauf satz 10 aus einem dielektrischen Werkstoff, insbesondere mit tels eines Gießverfahrens, hergestellt und durch Adhäsion stoffschlüssig mit dem Kühlkörpergrundkörper 8 verbunden, wo bei die Kanalstruktur 14 durch die adhäsive Verbindung herme tisch verschlossen ist. Ein dielektrischer Werkstoff ist bei spielsweise ein keramischer Werkstoff wie Aluminiumoxid oder ein, insbesondere thermisch leitfähiger, Kunststoff. Das Halbleitermodul 6 ist in diesem Fall, insbesondere mit einem thermisch leitfähigen Kleber, auf dem Kühlkörperaufsatz 10 aufgeklebt. Optional ist der einstückig ausgebildete und aus einem dielektrischen Werkstoff hergestellte Kühlkörperauf satz 10, insbesondere vollständig, mit einem metallischen Werkstoff beschichtet und beispielsweise durch Löten mit dem Kühlkörpergrundkörper 8 verbunden. Das Halbleitermodul 6 kann in diesem Fall ebenfalls auf dem Kühlkörperaufsatz 10 aufge klebt, gesintert oder gelötet sein. Die weitere Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung 2 in FIG 5 entspricht der in FIG 2.

FIG 6 zeigt eine schematische Darstellung der vierten Ausge staltung der Halbleitermodulanordnung 2 im Längsschnitt. Die Kanalstruktur 14 des einstückig ausgebildeten Kühlkörperauf satzes 10 weist einen mäanderförmigen Teil auf, wobei die Mä anderform durch die im Wesentlichen parallel angeordneten Ka näle 22 und die diese verbindenden Umlenkkanäle 24 ausgebil det wird. Eine verschließbare Öffnung 40 ist für eine Zufüh rung des Wärmetransportfluids 38 vorgesehen. Die weitere Aus gestaltung der Halbleitermodulanordnung 2 in FIG 6 entspricht der in FIG 5.

FIG 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer fünften Ausgestaltung einer Halbleitermodulanordnung im Querschnitt, wobei der Kühlkörperaufsatz 10 auf einer zweiten Oberfläche 42 eine Kavität 44 aufweist, in welcher das Halb leitermodul 6 mit dem Kühlkörperaufsatz 10 kontaktiert ist. Eine erste Tiefe tl der Kavität 44, welche beispielsweise ei ne rechteckige Außenkontur aufweist, ist so dimensioniert, dass die Metallisierung 32 des Halbleitermoduls 6 in unmit telbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid 38 steht. Ein unmittelbarer Kontakt besteht in diesem Zusammenhang, wenn das Wärmetransportfluid 38 direkt und ohne dazwischen ange ordnete Komponenten mit Teilen der Metallisierung 32 des Halbleitermoduls 6 kontaktiert ist. Insbesondere addieren sich die erste Tiefe tl der Kavität 44 und eine zweite Tie fe t2 der Kanäle 22 zu einer Dicke d des Kühlkörperaufsat zes 10. Die Kavität 44 ist beispielsweise durch Fräsen herge stellt. Das Halbleitermodul 6 ist stoffschlüssig, insbesonde- re durch Kleben oder Löten, mit dem Kühlkörperaufsatz 10 ver bunden.

Durch die pulsierende Heatpipe ist eine gute Wärmeleitfähig keit des die Kanalstruktur 14 umgebenden Materials nur zum Wärmeeintrag und Wärmeaustrag erforderlich. Ein Wärmeeintrag erfolgt über die Metallisierung 32 des Halbleitermoduls 6 und die Wärme wird an die Kühlkörpergrundkörperoberfläche 16 des Kühlkörpergrundkörpers 8 abgeben. Da die Strömung innerhalb der pulsierenden Heatpipe adiabat sein kann, kann der Kühl körperaufsatz 10 aus einem Kunststoff mit einer geringen Wär meleitfähigkeit gefertigt sein. Die weitere Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung 2 in FIG 7 entspricht der in FIG 2 oder FIG 5.

FIG 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer sechsten Ausgestaltung einer Halbleitermodulanordnung 2 im Querschnitt, wobei der Kühlkörperaufsatz 10 aus einem Kunststoff hergestellt ist. Das Halbleitermodul 6 umfasst Halbleiterbauelemente 36, die unmittelbar auf einer Metalli sierung 32 kontaktiert sind. Unter einer unmittelbaren Kon taktierung ist in diesem Zusammenhang eine direkte Kontaktie rung zu verstehen, die Verbindungsmittel wie Kleber, Lötzinn, Sinterpaste, ... zur Herstellung der Kontaktierung einschließt, ein zusätzliches Verbindungselement wie einen zusätzlichen Leiter, einen Abstandshalter, eine Bodenplatte, ... jedoch aus schließt. Die Metallisierung 32 des Halbleitermoduls 6 ist unmittelbar auf dem aus Kunststoff hergestellten Kühlkörper aufsatz 10 aufgeklebt. Die weitere Ausgestaltung der Halb leitermodulanordnung 2 in FIG 8 entspricht der in FIG 7.

FIG 9 zeigt eine schematische Darstellung einer siebten Aus gestaltung einer Halbleitermodulanordnung 2 im Querschnitt. Der Kühlkörpergrundkörper 8 weist eine Kühlkörpergrundkörper oberfläche 16 auf, welche eine Kanalstruktur 14 umfasst, in der ein Wärmetransportfluid 38, beispielsweise Wasser, Aceton oder Methanol, angeordnet ist. Die Kanalstruktur 14 ist durch eine Stoffschlüssige Verbindung des Kühlkörpergrundkörpers 8 mit einer ersten Oberfläche 12 des Kühlkörperaufsatzes 10 hermetisch verschlossen, sodass sowohl der Kühlkörperauf satz 10 als auch der Kühlkörpergrundkörper 8 in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid 38 stehen und wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur 14 und das Wär metransportfluid 38 eine pulsierende Heatpipe ausgebildet ist, welche mit dem Halbleitermodul 6 in einer thermisch leitfähigen Verbindung steht.

Der Kühlkörpergrundkörper 8 weist ein Mittelstück 18 und beidseitig angeordnete Endstücke 20 auf, wobei das Mittel stück 18 im Wesentlichen parallel angeordnete Kanäle 22 der Kanalstruktur 14 umfasst und wobei die beidseitig angeordne ten Endstücke 20 jeweils Umlenkkanäle 24 der Kanalstruktur 14 aufweisen, wobei die Umlenkkanäle 24 derartig angeordnet sind, dass die im Wesentlichen parallel angeordneten Kanä le 22 des Mittelstücks 18 in einer fluidtechnischen Verbin dung stehen. Der Kühlkörpergrundkörper 8 weist auf einer dem Kühlkörperaufsatz 10 abgewandten Seite eine Mehrzahl von Kühlfinnen 26 auf, wobei die im Wesentlichen parallel ange ordnete Kanäle 22 des Mittelstücks 18 parallel zu den Kühl finnen 26 verlaufend angeordnet sind. Der Kühlkörpergrundkör per 8, welcher beispielsweise aus Aluminium oder einer Alumi niumlegierung hergestellt ist, ist so einfach mittels Strang pressen formbar. Die weitere Ausgestaltung der Halbleitermo dulanordnung 2 in FIG 9 entspricht der in FIG 2.

FIG 10 zeigt eine schematische Darstellung einer achten Aus gestaltung einer Halbleitermodulanordnung 2 im Querschnitt, wobei der Kühlkörperaufsatz 10 auf einer zweiten Oberflä che 42 eine durchgängige Kavität 44 aufweist, in welcher das Halbleitermodul 6 mit dem Kühlkörpergrundkörper 8 kontaktiert ist. Insbesondere ist die Metallisierung 32 des Substrats 28 stoffschlüssig mit dem Kühlkörpergrundkörper 8 verbunden, so dass das Halbleitermodul 6 in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid 38 steht. Die weitere Ausgestaltung der Halbleitermodulanordnung 2 in FIG 10 entspricht der in FIG 9. FIG 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromrich ters 46 mit einer Halbleitermodulanordnung 2. Der Stromrich ter 46 kann mehr als ein Halbleitermodulanordnung 2 umfassen. Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Halbleitermodula nordnung 2 aufweisend einen Kühlkörper 4 und zumindest ein Halbleitermodul 6, welches auf dem Kühlkörper 4 kontaktiert ist. Um, im Vergleich zum Stand der Technik, eine effektivere Entwärmung und eine kostengünstigere Herstellung zu ermögli- chen, wird vorgeschlagen, dass der Kühlkörper 4 einen Kühl körpergrundkörper 8 und einen Kühlkörperaufsatz 10 umfasst, wobei der Kühlkörperaufsatz 10 auf einer ersten Oberfläche 12 eine Kanalstruktur 14 aufweist, in welcher ein Wärmetrans portfluid 38 angeordnet ist, wobei der Kühlkörpergrundkör- per 8 eine Kühlkörpergrundkörperoberfläche 16 aufweist, wobei die Kanalstruktur 14 durch eine stoffschlüssige Verbindung mit der Kühlkörpergrundkörperoberfläche 16 des Kühlkörper grundkörpers 8 hermetisch verschlossen ist, sodass sowohl der Kühlkörperaufsatz 10 als auch der Kühlkörpergrundkörper 8 in unmittelbarem Kontakt mit dem Wärmetransportfluid 38 stehen, wobei durch die hermetisch verschlossene Kanalstruktur 14 und das Wärmetransportfluid 38 eine pulsierende Heatpipe ausge bildet ist, welche mit dem Halbleitermodul 6 in einer ther misch leitfähigen Verbindung steht.