【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造具有至少一个半导体组件和散热器的半导体模块的方法，该方法包括以下步骤：提供由第一金属材料制成的散热器；将空腔引入散热器表面，其中，空腔具有特别地平行于散热器表面延伸的底面和至少一个壁部；借助于热喷涂法，在空腔中涂覆导热率高于第一金属材料的第二金属材料，以形成热扩散层；连接半导体组件与热扩散层。进一步地，本专利技术涉及一种半导体模块，其具有至少一个半导体组件和散热器，该散热器由第一金属材料制成并包括至少一个空腔，该空腔具有特别地平行于散热器表面延伸的底面和至少一个壁部，其中，在空腔中，借助于热喷涂法，涂覆导热率高于第一金属材料的第二金属材料，以形成热扩散层，其中，半导体组件与热扩散层连接。另外，本专利技术涉及一种包括至少一个这种半导体模块的功率转换器。此外，本专利技术涉及一种包括指令的计算机程序产品，在由计算机执行程序时，这些指令使得计算机模拟这种半导体模块的行为，特别地模拟热行为和/或电行为。
技术介绍
1、在这种功率转换器中，半导体组件一般被固定在散热器上。功率转换器例如能够理解为整流器、逆变器、变频器或直流电压转换器。半导体组件通常被实施为电子模块，其具有壳体并经由实心的金属基板被拧到散热器上。进一步地，半导体组件能够直接与散热器相连，即无需诸如底板等附加的连接元件。半导体组件能够包括但不限于：晶体管，特别是绝缘栅双极型晶体管（igbt，insulated-gate bipolar transistor）和/或金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet，metal-oxide-semiconduct
2、公开文献wo 2011/024377 a1描述了一种半导体模块，包括：散热元件，该散热元件包括含铝的第一元件和含铜的第二元件，该第二元件被嵌入到第一元件中并且其各侧面均被第一元件包围；以及与散热元件热连接的半导体元件。
3、公开文献wo 2022/002464 a1描述了一种包括至少两个功率单元的功率模块，这些功率单元分别包括至少一个功率半导体和基板。为了减小功率模块所需的结构空间并改善排热而提出，相应至少一个功率半导体特别是以材料配合的方式与相应的基板连接，其中，至少两个功率单元的基板分别直接以材料配合的方式与共同的散热器的表面连接。散热器由第一金属材料制成。在其表面上引入了填充有第二金属材料的空腔，其中，第二金属材料的导热率高于第一金属材料。借助于增材法，例如借助于冷气喷涂，将第二金属材料引入空腔。
技术实现思路
1、通过增材法进行的第二金属材料的涂覆随之带来对于空腔中的热接触的挑战。在此背景下，本专利技术的目的在于，改善第二金属材料在空腔中的热接触。
2、根据本专利技术，对于开头所述类型的方法，通过在引入空腔时，在底面与至少一个壁部之间分别形成钝角，实现该目的。
3、进一步地，根据本专利技术，通过在底面与至少一个壁部之间形成钝角，该目的通过开头所述类型的半导体模块得以实现。
4、另外，根据本专利技术，该目的通过一种包括至少一个这种半导体模块的功率转换器得以实现。
5、此外，根据本专利技术，该目的通过一种包括指令的计算机程序产品得以实现，在由计算机执行程序时，这些指令使得计算机模拟这种半导体模块的行为，特别地模拟热行为和/或电行为。
6、下文中列出的与该方法相关的优点和优选设计方案能够类似地转移到半导体模块、功率转换器和计算机程序产品。
7、本专利技术基于以下考虑，即通过改善所涂覆的颗粒的附着性，改善借助于热喷涂法涂覆的热扩散层在用于半导体模块的散热器的空腔中的热连接。为了产生这种热扩散层，在散热器表面中引入了空腔，其中，空腔具有特别地平行于散热器表面延伸的底面和至少一个壁部。举例而言，底面被实施为矩形或者正方形，并且空腔具有四个壁部。替代地，空腔能够具有包括环绕的壁部的椭圆形或者圆形的底面。举例而言，能够借助于切削法，特别是铣削，实现空腔的引入。在另一步骤中，借助于热喷涂法，将导热率高于散热器的第一金属材料的第二金属材料涂覆到空腔的底面和至少一个壁部上，由此在空腔中形成热扩散层。例如，第一金属材料是铝合金，而第二金属材料包含铜或铜合金。热喷涂法的示例包括但不限于冷气喷涂，其中，喷洒第二金属材料的颗粒，特别是铜颗粒，由此形成材料配合的连接。通过连接半导体组件与热扩散层，由于热扩散，在半导体模块运行期间实现优化的排热。
8、在引入空腔时，在底面与至少一个壁部之间分别形成了钝角，其中，钝角在该上下文中被定义为处于95°到175°之间的角度。因此，其结果为，特别是对于平行于散热器表面延伸的底面，至少一个壁部相对于散热器表面形成处于5°到85°范围内的锐角，使得空腔具有基本上为梯形的横截面。通过这样的角度，主要实现了表面扩大，这积极地作用于第二金属材料在空腔中的附着性。此外，表面扩大在针对散热器的传热方面是适宜的。进一步地，热喷涂法的喷涂颗粒射流以更有利的角度入射，从而获得第二金属材料在空腔内的更强的附着性和改善的热接触。
9、包括在由计算机执行程序时使得计算机模拟所描述的半导体模块的特别地模拟热行为和/或电行为的指令的计算机程序产品能够包括“数字孪生”，也被称为“digitaltwin”，或者能够被设计为这样的数字孪生。例如，在公开文献us 2017/0286572 a1中显示了这种数字孪生。us 2017/0286572 a1的公开内容通过引用并入本申请。“数字孪生”例如是与半导体模块的运行相关的部件的数字表示。
10、在空腔的底面中引入了至少一个附加的凹陷部，其小于空腔的底面，其中，借助于热喷涂法，在空腔和至少一个附加的凹陷部中实现第二金属材料的涂覆，从而形成具有不同厚度的热扩散层。至少一个附加的凹陷部能够具有矩形或正方形的底面。例如，在凹陷部的底面与壁部之间形成有钝角，其能够对应于或不同于空腔的钝角。由于该钝角，附加的凹陷部同样具有基本上为梯形的横截面。填充有第二金属材料的附加的凹陷部确保热扩散层的局部加厚，这例如在出现热点时改善了半导体组件的热连接。
11、另外的实施方式规定，底面与至少一个壁部之间的钝角处于95°到150°，特别是110°到150°，更特别地130°到150°的范围内。通过这样的角度，获得了第二金属材料在空腔中的优化的附着性和改善的热接触。
12、另外的实施方式规定，以热喷涂法的处于60°到90°，特别是70°到90°范围内的喷涂角度，实现第二金属材料的涂覆。例如，借助于特别地包括喷枪的喷涂装置，在也能够被称为喷涂颗粒射流的喷涂射流中涂覆第二金属材料的颗粒，其中，喷涂射流以喷射角度入射。60°到90°范围内的喷涂角度确保在热喷涂法过程中颗粒的回弹被降低到最低程度，并且颗粒能够被定义地涂覆到载体材料上。除了底面与至少一个壁部之间的钝角外，喷涂装置的倾斜，特别是动态倾斜或者说取决于位置的倾斜也能够在至少一个壁部的范围内实现这种喷涂角度的调节。
13、另外的实施方式规定，在涂覆第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制造具有至少一个半导体组件（28）和散热器（2）的半导体模块（4）的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
6.根据权利要求5所述的方法，
7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，
9.一种半导体模块（4），具有至少一个半导体组件（28）和散热器（2），
10.根据权利要求9所述的半导体模块（4），
11.根据权利要求9或10中任一项所述的半导体模块（4），
12.根据权利要求9至11中任一项所述的半导体模块（4），
13.根据权利要求9至12中任一项所述的半导体模块（4），
14.根据权利要求13所述的半导体模块（4），
15.根据权利要求13或14中任一项所述的半导体模块（4），
16.根据权利
17.一种功率转换器（64），所述功率转换器具有至少一个根据权利要求9至16中任一项所述的半导体模块（4）。
18.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令，在由计算机执行程序时，所述指令使得所述计算机模拟根据权利要求9至16中任一项所述的半导体模块（4）的行为，特别地模拟热行为和/或电行为。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于制造具有至少一个半导体组件（28）和散热器（2）的半导体模块（4）的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
6.根据权利要求5所述的方法，
7.根据权利要求5或6中任一项所述的方法，
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，
9.一种半导体模块（4），具有至少一个半导体组件（28）和散热器（2），
10.根据权利要求9所述的半导体模块（4），
11.根据权利要求9或10中任一项所述的半导体模块（4...
【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂亚斯·奈里格，罗曼·克格勒，丹尼尔·卡保夫，延斯·施门格，斯特凡·普费弗莱因，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：
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