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WO2013030001A1 - Semiconductor component with a heat sink - Google Patents

Semiconductor component with a heat sink Download PDF

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Publication number
WO2013030001A1
WO2013030001A1 PCT/EP2012/065980 EP2012065980W WO2013030001A1 WO 2013030001 A1 WO2013030001 A1 WO 2013030001A1 EP 2012065980 W EP2012065980 W EP 2012065980W WO 2013030001 A1 WO2013030001 A1 WO 2013030001A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat sink
semiconductor component
holding element
semiconductor
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/065980
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Guenther
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2013030001A1 publication Critical patent/WO2013030001A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
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    • H01L2023/4037—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink
    • H01L2023/4056—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws characterised by thermal path or place of attachment of heatsink heatsink to additional heatsink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor device.
  • the semiconductor component has at least one heat sink, wherein at least one surface area of the heat sink is connected to the semiconductor component in a heat-conducting manner.
  • the heat sink of the aforementioned type is at least partially enclosed by at least one holding element.
  • the holding element preferably has a smaller thermal expansion than the heat sink, in particular given the same temperature rise of the semiconductor component and the heat sink.
  • the holding element preferably has a smaller thermal expansion coefficient than the heat sink.
  • the holding element preferably encloses the cooling element in such a way that an effect of a thermal expansion of the cooling body on the surface area, which has a connection area of a connection of the semiconductor component to the cooling area. body forms prevented or reduced compared to a heat sink without holding element. The effect is, for example, a shearing motion.
  • the semiconductor component is, for example, a diode, in particular a semiconductor diode, a transistor, in particular an IGBT transistor (Insulated Gate 5 Bipolar Transistor) or field-effect transistor.
  • the terminals of a switching path are preferably connected to a heat sink in a heat-conducting or additionally electrically conductive manner.
  • the area of the heat sink is heat-conductively connected to the semiconductor component by means of a bonding layer.
  • the bonding layer is formed, for example, by a solder or an electrically conductive adhesive.
  • the electrically conductive adhesive has, for example as a matrix material epoxy resin.
  • the electrically conductive adhesive preferably has electrically conductive particles, in particular silver particles.
  • the solder preferably has tin.
  • the joining layer can be formed, for example, by means of soft soldering, by means of sintering or by means of diffusion soldering.
  • the surface area of the heat sink is coated, for example, with a metal layer that differs from a material of the heat sink.
  • the metal layer is preferably designed to facilitate soldering, sintering or diffusion soldering.
  • the material of the heat sink is, for example, copper.
  • the metal layer is, for example, an alloy, in particular an alloy comprising silver or additionally at least one further noble metal, in particular gold, platinum or palladium.
  • the solder for sintering or diffusion soldering preferably comprises silver or, more preferably, additionally copper and / or tin. The tin or copper may each form a major component.
  • the heat sink preferably comprises copper and / or aluminum.
  • the copper preferably has an electrical conductivity of at least 40 Mega-Siemens per meter, more preferably 45 Mega-Siemens per meter.
  • the aluminum preferably has an electrical conductivity of at least 30, preferably at least 36 Mega-Siemens per meter.
  • An aluminum heat sink preferably has one
  • a press fit is advantageously formed, which forms a thermal expansion. tion of the heat sink in a plane in which the surface area extends, is reduced or prevented.
  • the holding element is arranged to prevent or at least partially or entirely prevent thermal expansion of the surface area in a plane of the area
  • the heat sink has a lateral surface which extends transversely or with at least one transverse component to the surface region.
  • the heat sink is cylindrical, wherein the lateral surface is formed by a cylinder jacket surface of the heat sink.
  • the surface area is preferably formed at least by a part of a particularly flat end face of the cylindrical heat sink.
  • the semiconductor component is connected to a further heat sink, wherein the further heat sink is enclosed by the holding element or a further holding element of the semiconductor component.
  • the semiconductor component is preferably enclosed between the heat sink and the further heat sink, in particular in the manner of a sandwich composite.
  • heat can advantageously be transmitted from the semiconductor component to the heat sink via two contact surfaces of the semiconductor component, which are in operative contact with a respective surface region of a heat sink.
  • the semiconductor component is electrically contacted by the heat sink.
  • the semiconductor component preferably has at least one electrical connection, wherein the electrical connection has a contact surface which is in electrical and heat-conducting operative contact with the surface region of the heat sink.
  • a diode as a semiconductor device is preferably at least one electrical connection to the heat sink, and another electrical connection to the other heat sink e-connected electrically.
  • the heat sink advantageously forms an electrical connection to the semiconductor component via which the semiconductor component can be energized.
  • the holding element is electrically insulated from the heat sink.
  • the semiconductor component preferably has an electrical insulator which is arranged between the holding element and the heat sink. is net.
  • the electrical insulator is designed to electrically isolate the holding element from the heat sink.
  • the insulator is a ceramic insulator.
  • the ceramic insulator has, for example, aluminum oxide.
  • the insulator is a plastic insulator.
  • the plastic is for example polyimide.
  • the plastic is formed in another embodiment by a preferably fiber-reinforced, in particular glass fiber reinforced epoxy resin.
  • the heat sink copper and / or aluminum.
  • the heat sink has a part connected to the semiconductor component which is formed from copper, wherein the part connected to the semiconductor is connected to a further part of the heat sink, which is formed from aluminum.
  • the further part, which is formed of aluminum, may for example have convection ribs.
  • a heat sink which is formed of copper, a copper material with an electrical conductivity of more than 40 Mega Siemens per meter, preferably more than 45 Mega Siemens per meter.
  • the retaining element is made of an Invar alloy.
  • the Invar alloy preferably has little or no thermal expansion.
  • the copper of the heat sink for example, has a thermal expansion of 16 to 17 microns per meter and Kelvin.
  • the Invar alloy comprises iron and nickel. More preferably, a nickel content of the Invar alloy is between 30 and 50%, more preferably between 33 and 38%, most preferably between 35 and 36%.
  • the Invar alloy has between 2 and 5% cobalt.
  • Invar alloys are each composed of alloying constituents comprising nickel and iron, platinum and iron, palladium and iron, manganese and iron, manganese and cobalt, platinum, nickel and iron, manganese, nickel and iron, cobalt, manganese and iron, chromium and Iron formed.
  • the semiconductor component is preferably a diode, more preferably a component of a rectifier.
  • the rectifier is for example part of an inverter, in particular a solar inverter, inverter or a power output stage of an electric motor.
  • the invention also relates to a method for cooling a semiconductor component, in particular of the semiconductor component of the type described above, wherein the semiconductor component with a surface area of a heat sink is heated. is connected me suedd.
  • a thermal expansion of a heat sink connected to the semiconductor component in a plane of the surface area is reduced or prevented by enclosing a jacket surface of the heat sink.
  • the lateral surface extends transversely or with at least one transverse component to the surface region.
  • Figure 1 shows - schematically - an embodiment of a semiconductor device which is thermally conductively connected to a heat sink;
  • Figure 2 shows - schematically - the semiconductor device shown in Figure 1 in a plan view
  • FIG. 3 shows-schematically-an exemplary embodiment of a semiconductor component which is thermally conductively connected to two heat sinks;
  • Figure 4 shows - schematically - an embodiment of a variant of the semiconductor device shown in Figure 3, in which the heat sinks are held together by a holding element in a press fit and are prevented from thermal expansion;
  • Figure 5 shows - schematically - an embodiment of an arrangement comprising a plurality of semiconductor devices, which are each contacted by two heat sinks heat-conducting.
  • heat sinks are held on a first side of the semiconductor devices arranged in a plane by a first common holding element, on a second side of the semiconductor devices arranged in a plane are held by a second common holding element.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a semiconductor component 1.
  • the semiconductor component 1 is connected by means of a bonding layer 3 to a cooling body 5, in particular to a surface area of the cooling body 5.
  • the surface area 2 of the heat sink 5 forms in this embodiment, a contact surface, can be transmitted via the heat from the semiconductor device 1 via the bonding layer 3 to the heat sink 5.
  • the heat sink 5 is solid cylindrical in this embodiment.
  • the heat sink 5 has a cylindrical outer surface, which is perpendicular to the surface Chen area 2 extends.
  • the surface area 2 forms in this embodiment, a partial surface of an end face of the cylindrical heat sink 5, wherein the end face extends perpendicular to a longitudinal axis 40 of the heat sink 5.
  • the semiconductor component 1 has an electrical connection formed on one side, which is connected to an external connection 16.
  • the semiconductor component 1 also has a further electrical connection, which is formed by a surface region of the semiconductor component 1, which is thermally connected by means of the bonding layer 3 to the surface region, in particular the contact surface 2 of the cooling body 5.
  • the thermally conductive connection between the semiconductor device 1 and the heat sink 5 via the bonding layer 3 is also formed electrically conductive in this embodiment.
  • the joining layer 3 is, for example, a solder, in particular a solder comprising tin, silver or additionally lead.
  • the joining layer 3 may be formed, for example, by means of soft soldering, by means of sintering or by means of diffusion soldering.
  • the surface area 2 of the heat sink 5 is coated, for example, with a metal layer that differs from a material of the heat sink 5.
  • the metal layer is configured to facilitate soldering.
  • the material of the heat sink 5 is for example copper.
  • the metal layer is, for example, an alloy, in particular an alloy comprising silver or additionally a further noble metal.
  • the semiconductor device 1 is pressed onto the joining layer by means of a pressure, for example between 30 and 40 megapascals.
  • the joining layer comprises the solder which, depending on the pressure, overcomes a yield point and remains below a solidus temperature.
  • the solidus temperature refers to a temperature of an alloy, wherein the alloy is at a temperature less than the solidus temperature in solid phase.
  • the heat sink 5 is enclosed at least on a longitudinal section along the longitudinal axis 40 by an annular holding element 7.
  • the annular holding element 7 forms a press fit, which is formed, the heat sink 5 at a thermal expansion, caused by a temperature increase of the heat sink 5, to tightly enclose so that the heat sink 5 is prevented in a radially outward thermal expansion.
  • the heat sink can be inserted into a cavity of the holding element, for example, as follows:
  • the heat sink 5 has, for example, at room temperature, a larger cross-sectional diameter than the cross-sectional diameter of the cylindrical cavity, which is enclosed by the annular, in this embodiment, a hollow cylinder-shaped holding member 7.
  • the cooling body 5 can be cooled for insertion into the cylindrical cavity of the retaining element 7, and be introduced after a caused by the cooling shrinkage of the diameter in the space enclosed by the holding member cavity.
  • the diameter of the heat sink 5 can be selected such that the agreement of the diameter of the heat sink 5 with the diameter of the
  • the heat sink 5 has a connection 17, via which the semiconductor component 1 can be electrically contacted.
  • the semiconductor component 1 is a rectifier diode in this exemplary embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows a plan view of the arrangement already shown in FIG. 1, comprising the semiconductor component 1, the heat sink 5 and the holding element 7. Also shown is a section line 25 which runs transversely to the longitudinal axis 40 and the section through the arrangement shown in FIG clarifies.
  • Figure 3 shows schematically an embodiment of an arrangement in which the semiconductor device 1 is contacted by the heat sink 5 already shown, and in addition by another heat sink 6 thermally conductive.
  • an electrical connection of the semiconductor component 1 which forms an electrical connection to an electrode of the semiconductor component 1, by means of the electrically conductive and thermally conductive bonding layer 3 with the heat sink 5, and there connected to the surface area 2 of the heat sink 5.
  • the electrical connection of the semiconductor component 1 forms a surface region, which lies opposite a further surface region of the semiconductor component 1.
  • the further surface area forms the further electrical connection, which, unlike in FIG. 1, is connected to a surface region 20 of the further heat sink 6 by means of a further joining layer 4.
  • the bonding layer 4 is formed in this embodiment by a solder, so that the further connection of the semiconductor device 1 is thermally conductive and electrically contacted by the heat sink 6 via the joining layer.
  • the heat sink 6 is like the heat sink 5 solid and cylindrical.
  • the heat sink 6 is formed in this embodiment of copper.
  • the heat sink 6 is firmly enclosed along a longitudinal section along the longitudinal axis 40 by an annular holding element 9.
  • the heat sink 5 is firmly enclosed by a ring-shaped holding element 7 along a longitudinal section.
  • Retaining elements 7 and 9 are formed in this embodiment of Invar steel.
  • the Invar steel has in this embodiment iron and 35 to 36% nickel.
  • the Invar steel 5% cobalt have, the heat sink is in the region of an end portion which is the end portion with the surface area 2 opposite, connected to a further heat sink 1 1.
  • Heatsink 1 1 has formed for fluid guiding cavities, of which a cavity 19 is exemplified. Heat from the semiconductor component 1, in particular a loss heat generated in the semiconductor component 1, can thus be transmitted via the bonding layer 3, the area region 2, via the cooling body 5 to the cooling body 1 1 and via the cooling body 1 1 to one in the cavity
  • the fluid is, for example, water.
  • the heat sink 5 and the heat sink 1 1 are connected to each other thermally conductive.
  • the heat sink 6 is connected to a heat sink 10 in the region of an end section, which is opposite to the surface region 20.
  • the heat sink 10 is formed in this embodiment as an air heat exchanger and has for this purpose on cooling fins.
  • the heat sink 10 is thermally conductively connected to the heat sink 6.
  • the heat sink 10 and 1 1 are screwed together in this embodiment for generating a frictional connection by means of connecting rods 12 and 13.
  • a press fit is formed, by means of which the heat sink 10 presses along the longitudinal axis 40 onto the heat sink 6, and thus presses the heat sink 6 via the joining layer 4 against the semiconductor component 1.
  • the heat sink 1 1 presses along the longitudinal axis 40 against the heat sink 5, so that the heat sink 5 presses against the semiconductor device 1 via the bonding layer 3.
  • the semiconductor device 1 is so - similar to a sandwich composite - between the
  • Heat sinks 5 and 6 pressed.
  • the heat sink 10 may - in contrast to Figure 3 - additionally or independently of the cooling fins for fluid guiding as the heat exchanger 1 1 may be formed.
  • FIG. 4 schematically shows an exemplary embodiment of a variant of the semiconductor component shown in FIG. 3, which is in each case heat-conductively and electrically contacted by the heat sink 5 and the heat sink 6.
  • the cooling body 5 and the cooling body 6 are firmly enclosed by a holding element 8 of hollow-cylindrical design. Between an outer surface of the cylindrically shaped cooling element 6 and an inner surface of the holding element 8, an electrically insulating layer 15 is formed. As a result, the cooling element 6 and the cooling element 5 can not be short-circuited via the retaining element 8.
  • a first electrical connection of the semiconductor component 1 is connected via the bonding layer 4 to the cooling body 6 in an electrically conductive and thermally conductive manner.
  • a further electrical connection of the semiconductor component 1 is connected via the bonding layer 3 to the heat sink 5 in a heat-conducting and electrically conductive manner.
  • FIG. 5 schematically shows an exemplary embodiment of an arrangement comprising a plurality of semiconductor components, each of which - as shown in FIG. 3 - are contacted by two cooling elements in a heat-conducting and electrically conductive manner.
  • semiconductor device 1 which is electrically conductive and thermally conductive in operative contact with the heat sink 5 and the heat sink 6.
  • the cylindrical cooling element 5 is arranged in this embodiment in a hollow cylinder-shaped opening of the retaining element 21.
  • the holding element 21 is formed in this embodiment as a solid plate, in particular In var steel plate.
  • the cylindrical cooling element 6 is arranged in a hollow cylinder-shaped opening of a holding element 22.
  • the holding element 22 is - like the holding element 21 - formed as a solid plate or solid block, in particular Invar steel.
  • the plate-shaped or block-shaped holding elements 21 and 22 each have for each heat sink, which for electrical see and thermally conductive contacting a semiconductor element is formed, an opening, which is formed according to the cooling element.
  • the apertures are arranged opposite one another in the holding elements 21 and 22, so that the cooling elements accommodated in the apertures at least longitudinally in section for the purpose of pressing in the semiconductor components face one another.
  • the plate-shaped holding elements 21 and 22 are respectively screwed together by means of the plates 21 and 22 carried out by bolts 26, 27, 28 and 29, so that the plate-shaped holding elements 21 and 22 are pressed against each other.
  • an end face in particular the surface area of the heat sink enclosed by the plate-shaped holding element 21 of an end face, in particular pressed against the surface area of the heat sink enclosed by the plate-shaped holding member 21, wherein between each surface region of the heat sink enclosed by the holding element 22 and the corresponding surface areas arranged by the holding element 21 heat sink a semiconductor device is arranged.

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Abstract

The invention relates to a semiconductor component. The semiconductor component has at least one heat sink, wherein at least one areal region of the heat sink is thermally conductively connected to the semiconductor component. According to the invention, the heat sink is at least partly enclosed by at least one holding element. Preferably, the holding element has a smaller thermal expansion than the heat sink.

Description

Beschreibung  description

Titel title

Halbleiterbauelement mit einem Kühlkörper  Semiconductor device with a heat sink

Stand der Technik State of the art

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement weist wenigstens einen Kühlkörper auf, wobei wenigstens ein Flächenbereich des Kühlkörpers mit dem Halbleiterbauelement wärmeleitend verbunden ist.  The invention relates to a semiconductor device. The semiconductor component has at least one heat sink, wherein at least one surface area of the heat sink is connected to the semiconductor component in a heat-conducting manner.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Halbleiterbauelementen, die mit einem Kühlkörper verbunden sind, können Fügeflächen zwischen dem Halbleiter und dem Kühlkörper, welche beispielsweise mittels einer gelöteten oder einer geklebten Fügeschicht gebildet sind, zu einem Brechen des Halbleiterbauelements führen.  In known from the prior art semiconductor devices which are connected to a heat sink, joining surfaces between the semiconductor and the heat sink, which are formed for example by means of a soldered or a bonded bonding layer, lead to breakage of the semiconductor device.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß ist der Kühlkörper der eingangs genannten Art wenigstens teilweise von wenigstens einem Halteelement umschlossen. Bevorzugt weist das Halteelement - insbesondere bei gleichem Temperaturanstieg des Halbleiterbauelements und des Kühlkörpers - eine kleinere thermische Ausdehnung auf als der Kühlkörper. Dazu weist das Halteelement bevorzugt einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf als der Kühlkörper. Bevorzugt umschließt das Halteelement das Kühlelement derart, dass eine Wirkung einer thermischen Ausdehnung des Kühlkörpers auf den Flächenbereich, welcher eine Verbindungsfläche einer Verbindung des Halbleiterbauelements mit dem Kühl- körper bildet, verhindert oder im Vergleich zu einem Kühlkörper ohne Halteelement reduziert ist. Die Wirkung ist beispielsweise eine Scherbewegung. According to the invention, the heat sink of the aforementioned type is at least partially enclosed by at least one holding element. The holding element preferably has a smaller thermal expansion than the heat sink, in particular given the same temperature rise of the semiconductor component and the heat sink. For this purpose, the holding element preferably has a smaller thermal expansion coefficient than the heat sink. The holding element preferably encloses the cooling element in such a way that an effect of a thermal expansion of the cooling body on the surface area, which has a connection area of a connection of the semiconductor component to the cooling area. body forms prevented or reduced compared to a heat sink without holding element. The effect is, for example, a shearing motion.

Das Halbleiterbauelement ist beispielsweise eine Diode, insbesondere Halbleiterdiode, ein Transistor, insbesondere IGBT-Transisor (IGBT = Insulated Gate 5 Bipolar Transistor) oder Feldeffekt-Transistor. Bei dem Transistor ist bevorzugt die Anschlüsse einer Schaltstrecke jeweils mit einem Kühlkörper wärmeleitend oder zusätzlich elektrisch leitend verbunden.  The semiconductor component is, for example, a diode, in particular a semiconductor diode, a transistor, in particular an IGBT transistor (Insulated Gate 5 Bipolar Transistor) or field-effect transistor. In the case of the transistor, the terminals of a switching path are preferably connected to a heat sink in a heat-conducting or additionally electrically conductive manner.

Bevorzugt ist der Flächenbereich des Kühlkörpers mittels einer Fügeschicht mit dem Halbleiterbauelement wärmeleitend verbunden. Die Fügeschicht ist bei- 10 spielsweise durch ein Lot oder einen elektrisch leitfähigen Klebstoff gebildet. Der elektrisch leitfähige Klebstoff weist beispielsweise als Matrixmaterial Epoxidharz auf. Der elektrisch leitfähige Klebstoff weist bevorzugt elektrisch leitfähige Partikel, insbesondere Silberpartikel auf. Das Lot weist bevorzugt Zinn auf. Die Fügeschicht kann beispielsweise mittels Weichlöten, mittels Sintern oder mittels Diff Iii s sionslöten gebildet sein.  Preferably, the area of the heat sink is heat-conductively connected to the semiconductor component by means of a bonding layer. The bonding layer is formed, for example, by a solder or an electrically conductive adhesive. The electrically conductive adhesive has, for example as a matrix material epoxy resin. The electrically conductive adhesive preferably has electrically conductive particles, in particular silver particles. The solder preferably has tin. The joining layer can be formed, for example, by means of soft soldering, by means of sintering or by means of diffusion soldering.

Der Flächenbereich des Kühlkörpers ist beispielsweise mit einer Metallschicht beschichtet, die sich von einem Material des Kühlkörpers unterscheidet. Die Metallschicht ist bevorzugt dazu ausgebildet, das Löten, Sintern oder Diffusionslöten zu erleichtern. Das Material des Kühlkörpers ist beispielsweise Kupfer. Die Me- 20 tallschicht ist beispielsweise eine Legierung, insbesondere eine Legierung umfassend Silber oder zusätzlich wenigstens ein weiteres Edelmetall, insbesondere Gold, Platin oder Palladium. Das Lot zum Sintern oder Diffusionslöten umfasst bevorzugt Silber oder weiter bevorzugt zusätzlich Kupfer und/oder Zinn. Das Zinn oder das Kupfer kann jeweils einen Hauptbestandteil bilden.  The surface area of the heat sink is coated, for example, with a metal layer that differs from a material of the heat sink. The metal layer is preferably designed to facilitate soldering, sintering or diffusion soldering. The material of the heat sink is, for example, copper. The metal layer is, for example, an alloy, in particular an alloy comprising silver or additionally at least one further noble metal, in particular gold, platinum or palladium. The solder for sintering or diffusion soldering preferably comprises silver or, more preferably, additionally copper and / or tin. The tin or copper may each form a major component.

25 Der Kühlkörper umfasst bevorzugt Kupfer und/oder Aluminium. Das Kupfer weist bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 40 Mega-Siemens pro Meter, weiter bevorzugt 45 Mega-Siemens pro Meter auf. Das Aluminium weist bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 30, bevorzugt wenigstens 36 Mega-Siemens pro Meter auf. Ein Aluminiumkühlkörper weist bevorzugt eine The heat sink preferably comprises copper and / or aluminum. The copper preferably has an electrical conductivity of at least 40 Mega-Siemens per meter, more preferably 45 Mega-Siemens per meter. The aluminum preferably has an electrical conductivity of at least 30, preferably at least 36 Mega-Siemens per meter. An aluminum heat sink preferably has one

30 Legierung mit Hauptbestandteil Aluminium, und als mögliche weitere Bestandteile Silizium, Mangan, oder Kupfer auf. 30 alloy with main component aluminum, and as possible further constituents silicon, manganese, or copper on.

Durch die so gebildete Anordnung umfassend den Kühlkörper und das Halteelement ist vorteilhaft ein Pressverband gebildet, welcher eine thermische Ausdeh- nung des Kühlkörpers in einer Ebene, in der sich der Flächenbereich erstreckt, reduziert oder verhindert wird. By means of the arrangement thus formed, comprising the heat sink and the holding element, a press fit is advantageously formed, which forms a thermal expansion. tion of the heat sink in a plane in which the surface area extends, is reduced or prevented.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement angeordnet, eine thermische Ausdehnung des Flächenbereichs in einer Ebene des Flächenbe- reichs wenigstens teilweise oder ganz zu verhindern oder - insbesondere im In a preferred embodiment, the holding element is arranged to prevent or at least partially or entirely prevent thermal expansion of the surface area in a plane of the area

Vergleich zu einem Kühlkörper ohne Halteelement - zu reduzieren. Bevorzugt weist der Kühlkörper eine Mantelfläche auf, welche sich quer oder mit wenigstens einer Querkomponente zu dem Flächenbereich erstreckt. Comparison to a heat sink without holding element - to reduce. Preferably, the heat sink has a lateral surface which extends transversely or with at least one transverse component to the surface region.

Bevorzugt ist der Kühlkörper zylinderförmig ausgebildet, wobei die Mantelfläche durch eine Zylindermantelfläche des Kühlkörpers gebildet ist. Der Flächenbereich ist bevorzugt wenigstens durch einen Teil einer insbesondere eben ausgebildeten Stirnfläche des zylinderförmigen Kühlkörpers gebildet.  Preferably, the heat sink is cylindrical, wherein the lateral surface is formed by a cylinder jacket surface of the heat sink. The surface area is preferably formed at least by a part of a particularly flat end face of the cylindrical heat sink.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement mit einem weiteren Kühlkörper verbunden, wobei der weitere Kühlkörper von dem Halte- element oder einem weiteren Halteelement des Halbleiterbauelements umschlossen ist. Bevorzugt ist das Halbleiterbauelement zwischen dem Kühlkörper und dem weiteren Kühlkörper - insbesondere nach Art eines Sandwichverbundes - eingeschlossen. So kann vorteilhaft über zwei Kontaktflächen des Halbleiterbauelements, welche jeweils mit einem Flächenbereich eines Kühlkörpers in Wirkkontakt stehen, Wärme von dem Halbleiterbauelement auf den Kühlkörper übertragen werden.  In a preferred embodiment, the semiconductor component is connected to a further heat sink, wherein the further heat sink is enclosed by the holding element or a further holding element of the semiconductor component. The semiconductor component is preferably enclosed between the heat sink and the further heat sink, in particular in the manner of a sandwich composite. Thus, heat can advantageously be transmitted from the semiconductor component to the heat sink via two contact surfaces of the semiconductor component, which are in operative contact with a respective surface region of a heat sink.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement durch den Kühlkörper elektrisch kontaktiert. Bevorzugt weist das Halbleiterbauelement wenigstens einen elektrischen Anschluss auf, wobei der elektrische Anschluss eine Kontaktfläche aufweist, die mit dem Flächenbereich des Kühlkörpers in elektrischem und wärmeleitendem Wirkkontakt steht. Bei einer Diode als Halbleiterbauelement ist bevorzugt wenigstens ein elektrischer Anschluss mit dem Kühlkörper, und ein weiterer elektrischer Anschluss mit dem weiteren Kühlkörper e- lektrisch verbunden. Der Kühlkörper bildet so vorteilhaft einen elektrischen An- schluss an das Halbleiterbauelement, über den das Halbleiterbaualement bestromt werden kann.  In a preferred embodiment, the semiconductor component is electrically contacted by the heat sink. The semiconductor component preferably has at least one electrical connection, wherein the electrical connection has a contact surface which is in electrical and heat-conducting operative contact with the surface region of the heat sink. In a diode as a semiconductor device is preferably at least one electrical connection to the heat sink, and another electrical connection to the other heat sink e-connected electrically. The heat sink advantageously forms an electrical connection to the semiconductor component via which the semiconductor component can be energized.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement von dem Kühlkörper elektrisch isoliert. Bevorzugt weist das Halbleiterbauelement einen elektrischen Isolator auf, welcher zwischen dem Halteelement und dem Kühlkörper angeord- net ist. Der elektrische Isolator ist ausgebildet, das Halteelement von dem Kühlkörper elektrisch zu isolieren. Bevorzugt ist der Isolator ein keramischer Isolator. Der keramische Isolator weist beispielsweise Aluminiumoxid auf. In einer anderen Ausführungsform ist der Isolator ein Kunststoff-Isolator. Der Kunststoff ist beispielsweise Polyimid. Der Kunststoff ist in einer anderen Ausführungsform durch ein bevorzugt faserverstärktes, insbesondere glasfaserverstärktes Epoxidharz gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kühlkörper Kupfer und/oder Aluminium auf. Beispielsweise weist der Kühlkörper einen mit dem Halbleiterbauelement verbundenen Teil auf, welcher aus Kupfer gebildet ist, wo- bei der mit dem Halbleiter verbundene Teil mit einem weiteren Teil des Kühlkörpers verbunden ist, welcher aus Aluminium gebildet ist. Der weitere Teil, welcher aus Aluminium gebildet ist, kann beispielsweise Konvektionsrippen aufweisen.In a preferred embodiment, the holding element is electrically insulated from the heat sink. The semiconductor component preferably has an electrical insulator which is arranged between the holding element and the heat sink. is net. The electrical insulator is designed to electrically isolate the holding element from the heat sink. Preferably, the insulator is a ceramic insulator. The ceramic insulator has, for example, aluminum oxide. In another embodiment, the insulator is a plastic insulator. The plastic is for example polyimide. The plastic is formed in another embodiment by a preferably fiber-reinforced, in particular glass fiber reinforced epoxy resin. In a preferred embodiment, the heat sink copper and / or aluminum. For example, the heat sink has a part connected to the semiconductor component which is formed from copper, wherein the part connected to the semiconductor is connected to a further part of the heat sink, which is formed from aluminum. The further part, which is formed of aluminum, may for example have convection ribs.

Bevorzugt weist ein Kühlkörper, welcher aus Kupfer gebildet ist, ein Kupfermaterial mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr 40 Mega-Siemens pro Meter, bevorzugt mehr als 45 Mega-Siemens pro Meter auf. Preferably, a heat sink, which is formed of copper, a copper material with an electrical conductivity of more than 40 Mega Siemens per meter, preferably more than 45 Mega Siemens per meter.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement aus einer Invar- Legierung. Die Invar-Legierung weist bevorzugt eine geringe oder keine thermische Ausdehnung auf. Das Kupfer des Kühlkörpers weist beispielsweise eine thermische Ausdehnung von 16 bis 17 Mikrometer pro Meter und Kelvin auf. Be- vorzugt weist die Invar-Legierung Eisen und Nickel auf. Weiter bevorzugt beträgt ein Nickelanteil der Invar-Legierung zwischen 30 und 50 %, weiter bevorzugt zwischen 33 und 38 %, besonders bevorzugt zwischen 35 und 36 %. Bevorzugt weist die Invar-Legierung zwischen 2 und 5 % Kobalt auf.  In a preferred embodiment, the retaining element is made of an Invar alloy. The Invar alloy preferably has little or no thermal expansion. The copper of the heat sink, for example, has a thermal expansion of 16 to 17 microns per meter and Kelvin. Preferably, the Invar alloy comprises iron and nickel. More preferably, a nickel content of the Invar alloy is between 30 and 50%, more preferably between 33 and 38%, most preferably between 35 and 36%. Preferably, the Invar alloy has between 2 and 5% cobalt.

Weitere vorteilhafte Invar-Legierungen sind jeweils aus Legierungsbestandteilen umfassend Nickel und Eisen, Platin und Eisen, Palladium und Eisen, Mangan und Eisen, Mangan und Kobalt, Platin, Nickel und Eisen, Mangan, Nickel und Eisen, Kobalt, Mangan und Eisen, Chrom und Eisen gebildet.  Further advantageous Invar alloys are each composed of alloying constituents comprising nickel and iron, platinum and iron, palladium and iron, manganese and iron, manganese and cobalt, platinum, nickel and iron, manganese, nickel and iron, cobalt, manganese and iron, chromium and Iron formed.

Das Halbleiterbauelement ist bevorzugt eine Diode, weiter bevorzugt Bestandteil eines Gleichrichters. Der Gleichrichter ist beispielsweise Bestandteil eines Inver- ters, insbesondere ein Solarinverter, Wechselrichter oder eine Leistungsendstufe eines Elektromotors.  The semiconductor component is preferably a diode, more preferably a component of a rectifier. The rectifier is for example part of an inverter, in particular a solar inverter, inverter or a power output stage of an electric motor.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kühlen eines Halbleiterbauelements, insbesondere des Halbleiterbauelements der vorbeschriebenen Art, wobei das Halbleiterbauelement mit einem Flächenbereich eines Kühlkörpers wär- meleitend verbunden ist. Bei dem Verfahren wird eine Wärmeausdehnung eines mit dem Halbleiterbauelement verbundenen Kühlkörpers in einer Ebene des Flächenbereichs durch ein Umschließen einer Mantelfläche des Kühlkörpers reduziert oder verhindert. Bevorzugt erstreckt sich die Mantelfläche quer oder mit wenigstens einer Querkomponente zum Flächenbereich. The invention also relates to a method for cooling a semiconductor component, in particular of the semiconductor component of the type described above, wherein the semiconductor component with a surface area of a heat sink is heated. is connected meleitend. In the method, a thermal expansion of a heat sink connected to the semiconductor component in a plane of the surface area is reduced or prevented by enclosing a jacket surface of the heat sink. Preferably, the lateral surface extends transversely or with at least one transverse component to the surface region.

Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren und den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen.  The invention will now be described below with reference to figures and further embodiments. Further advantageous embodiments will become apparent from the features mentioned in the figures and the dependent claims.

Figur 1 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement das mit einem Kühlkörper wärmeleitend verbunden ist;  Figure 1 shows - schematically - an embodiment of a semiconductor device which is thermally conductively connected to a heat sink;

Figur 2 zeigt - schematisch - das in Figur 1 dargestellte Halbleiterbauelement in einer Aufsicht;  Figure 2 shows - schematically - the semiconductor device shown in Figure 1 in a plan view;

Figur 3 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement das mit zwei Kühlkörpern wärmeleitend verbunden ist;  FIG. 3 shows-schematically-an exemplary embodiment of a semiconductor component which is thermally conductively connected to two heat sinks;

Figur 4 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Variante des in Figur 3 dargestellten Halbleiterbauelements, bei dem die Kühlkörper gemeinsam von einem Halteelement in einem Pressverband gehalten werden und an einem thermischen Expandieren gehindert werden;  Figure 4 shows - schematically - an embodiment of a variant of the semiconductor device shown in Figure 3, in which the heat sinks are held together by a holding element in a press fit and are prevented from thermal expansion;

Figur 5 zeigt - schematisch - ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung umfassend eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen, die jeweils von zwei Kühlkörpern wärmeleitend kontaktiert werden. Bei der Anordnung sind Kühlkörper auf einer ersten Seite der in einer Ebene angeordneten Halbleiterbauelemente von einem ersten gemeinsamen Halteelement gehalten, auf einer zweiten Seite der in einer Ebene angeordneten Halbleiterbauelemente sind von einem zweiten gemeinsamen Halteelement gehalten.  Figure 5 shows - schematically - an embodiment of an arrangement comprising a plurality of semiconductor devices, which are each contacted by two heat sinks heat-conducting. In the arrangement, heat sinks are held on a first side of the semiconductor devices arranged in a plane by a first common holding element, on a second side of the semiconductor devices arranged in a plane are held by a second common holding element.

Figur 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement 1 . Das Halbleiterbauelement 1 ist mittels einer Fügeschicht 3 mit einem Kühlkörper 5, insbesondere mit einem Flächenbereich des Kühlkörpers 5 verbunden. Der Flächenbereich 2 des Kühlkörpers 5 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine Kontaktfläche, über die Wärme von dem Halbleiterbauelement 1 über die Fügeschicht 3 an den Kühlkörper 5 übertragen werden kann. Der Kühlkörper 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel massiv zylinderförmig ausgebildet. Der Kühlkörper 5 weist eine zylinderförmige Mantelfläche auf, welche sich senkrecht zu dem Flä- chenbereich 2 erstreckt. Der Flächenbereich 2 bildet in diesem Ausführungsbeispiel eine Teilfläche einer Stirnfläche des zylinderförmigen Kühlkörpers 5, wobei die Stirnfläche sich senkrecht zu einer Längsachse 40 des Kühlkörpers 5 erstreckt. Das Halbleiterbauelement 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen an einer Seite ausgebildeten elektrischen Anschluss auf, welcher mit einem äußeren Anschluss 16 verbunden ist. das Halbleiterbauelement 1 weist auch einen weiteren elektrischen Anschluss auf, welcher durch einen Flächenbereich des Halbleiterbauelements 1 gebildet ist, welcher mittels der Fügeschicht 3 mit dem Flächenbereich, insbesondere der Kontaktfläche 2 des Kühlkörpers 5 wärmelei- tend verbunden ist. Die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Halbleiterbauelement 1 und dem Kühlkörper 5 über die Fügeschicht 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel auch elektrisch leitfähig ausgebildet. Die Fügeschicht 3 ist beispielsweise ein Lot, insbesondere ein Lot umfassend Zinn, Silber oder zusätzlich Blei. FIG. 1 schematically shows an exemplary embodiment of a semiconductor component 1. The semiconductor component 1 is connected by means of a bonding layer 3 to a cooling body 5, in particular to a surface area of the cooling body 5. The surface area 2 of the heat sink 5 forms in this embodiment, a contact surface, can be transmitted via the heat from the semiconductor device 1 via the bonding layer 3 to the heat sink 5. The heat sink 5 is solid cylindrical in this embodiment. The heat sink 5 has a cylindrical outer surface, which is perpendicular to the surface Chen area 2 extends. The surface area 2 forms in this embodiment, a partial surface of an end face of the cylindrical heat sink 5, wherein the end face extends perpendicular to a longitudinal axis 40 of the heat sink 5. In this exemplary embodiment, the semiconductor component 1 has an electrical connection formed on one side, which is connected to an external connection 16. the semiconductor component 1 also has a further electrical connection, which is formed by a surface region of the semiconductor component 1, which is thermally connected by means of the bonding layer 3 to the surface region, in particular the contact surface 2 of the cooling body 5. The thermally conductive connection between the semiconductor device 1 and the heat sink 5 via the bonding layer 3 is also formed electrically conductive in this embodiment. The joining layer 3 is, for example, a solder, in particular a solder comprising tin, silver or additionally lead.

Die Fügeschicht 3 kann beispielsweise mittels Weichlöten, mittels Sintern oder mittels Diffusionslöten gebildet sein. Der Flächenbereich 2 des Kühlkörpers 5 ist beispielsweise mit einer Metallschicht beschichtet, die sich von einem Material des Kühlkörpers 5 unterscheidet. Die Metallschicht ist dazu ausgebildet, das Löten zu erleichtern. Das Material des Kühlkörpers 5 ist beispielsweise Kupfer. Die Metallschicht ist beispielsweise eine Legierung, insbesondere eine Legierung umfassend Silber oder zusätzlich ein weiteres Edelmetall. Beim Diffusionslöten wird das Halbleiterbauelement 1 mittels eines Druckes, beispielsweise zwischen 30 und 40 Megapascal, auf die Fügeschicht gepresst. Die Fügeschicht umfasst das Lot, welches in Abhängigkeit des Druckes eine Fließgrenze überwindet und dabei unterhalb einer Solidustemperatur bleibt. Die Solidustemperatur bezeichnet eine Temperatur einer Legierung, wobei die Legierung bei einer Temperatur kleiner als die Solidustemperatur in fester Phase vorliegt. The joining layer 3 may be formed, for example, by means of soft soldering, by means of sintering or by means of diffusion soldering. The surface area 2 of the heat sink 5 is coated, for example, with a metal layer that differs from a material of the heat sink 5. The metal layer is configured to facilitate soldering. The material of the heat sink 5 is for example copper. The metal layer is, for example, an alloy, in particular an alloy comprising silver or additionally a further noble metal. In diffusion soldering, the semiconductor device 1 is pressed onto the joining layer by means of a pressure, for example between 30 and 40 megapascals. The joining layer comprises the solder which, depending on the pressure, overcomes a yield point and remains below a solidus temperature. The solidus temperature refers to a temperature of an alloy, wherein the alloy is at a temperature less than the solidus temperature in solid phase.

Der Kühlkörper 5 ist wenigstens auf einem Längsabschnitt entlang der Längsachse 40 von einem ringförmig ausgebildeten Halteelement 7 umschlossen. Das ringförmige Halteelement 7 bildet einen Pressverband, welcher ausgebildet ist, den Kühlkörper 5 bei einer Wärmeausdehnung, verursacht durch eine Temperaturerhöhung des Kühlkörpers 5, derart fest zu umschließen, dass der Kühlkörper 5 in einer radial nach außen gerichteten Wärmeausdehnung gehindert ist.  The heat sink 5 is enclosed at least on a longitudinal section along the longitudinal axis 40 by an annular holding element 7. The annular holding element 7 forms a press fit, which is formed, the heat sink 5 at a thermal expansion, caused by a temperature increase of the heat sink 5, to tightly enclose so that the heat sink 5 is prevented in a radially outward thermal expansion.

Der Kühlkörper kann beispielweise wie folgt in einen Hohlraum des Halteele- ments eingefügt werden: Der Kühlkörper 5 weist beispielsweise bei Raumtemperatur einen größeren Querschnittsdurchmesser auf als der Querschnittsdurchmesser des zylinderförmigen Hohlraums, der von dem ringförmigen, in diesem Ausführungsbeispiel hohlzylinderförmig ausgebildeten Halteelement 7 umschlossen wird. Der Kühl- körper 5 kann zum Einfügen in den zylinderförmigen Hohlraum des Halteelements 7 abgekühlt werden, und nach einem durch das Abkühlen verursachten Schrumpfen des Durchmessers in den von dem Halteelement umschlossenen Hohlraum eingeführt werden. Je nach vorgesehenem Arbeitstemperaturbereich kann der Durchmesser des Kühlkörpers 5 derart gewählt sein, dass die Überein- Stimmung des Durchmessers des Kühlkörpers 5 mit dem Durchmesser des vomThe heat sink can be inserted into a cavity of the holding element, for example, as follows: The heat sink 5 has, for example, at room temperature, a larger cross-sectional diameter than the cross-sectional diameter of the cylindrical cavity, which is enclosed by the annular, in this embodiment, a hollow cylinder-shaped holding member 7. The cooling body 5 can be cooled for insertion into the cylindrical cavity of the retaining element 7, and be introduced after a caused by the cooling shrinkage of the diameter in the space enclosed by the holding member cavity. Depending on the intended operating temperature range, the diameter of the heat sink 5 can be selected such that the agreement of the diameter of the heat sink 5 with the diameter of the

Halteelement umschlossenen Hohlraums bei einer niedrigeren Temperatur übereinstimmt, als die niedrigste Temperatur des vorgesehenen Arbeitstemperaturbereiches des Halbleiterbauelements. Holding member enclosed cavity at a lower temperature than the lowest temperature of the intended operating temperature range of the semiconductor device.

So ist gewährleistet, dass der Kühlkörper 5 stets unter Druckspannung gehalten wird, und bei einem Abkühlen - beispielsweise auf eine niedrige Umgebungstemperatur- nicht derart schrumpft, dass auf den Flächenbereich 2 und so auf die Fügeschicht 3 eine Scherkraft quer zur Längsachse 40 wirkt. Der Kühlkörper 5 weist einen Anschluss 17 auf, über den das Halbleiterbauelement 1 elektrisch kontaktiert werden kann. Das Halbleiterbauelement 1 ist in diesem Ausführungs- beispiel eine Gleichrichterdiode.  This ensures that the heat sink 5 is always kept under compressive stress, and upon cooling, for example to a low ambient temperature, does not shrink in such a way that a shear force acts transversely to the longitudinal axis 40 on the surface area 2 and thus on the bonding layer 3. The heat sink 5 has a connection 17, via which the semiconductor component 1 can be electrically contacted. The semiconductor component 1 is a rectifier diode in this exemplary embodiment.

Figur 2 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die in Figur 1 bereits dargestellte Anordnung umfassend das Halbleiterbauelement 1 , den Kühlkörper 5 und das Halteelement 7. Dargestellt ist auch eine Schnittlinie 25, welche quer zur Längsachse 40 verläuft und den in Figur 1 dargestellten Schnitt durch die Anordnung ver- deutlicht.  FIG. 2 schematically shows a plan view of the arrangement already shown in FIG. 1, comprising the semiconductor component 1, the heat sink 5 and the holding element 7. Also shown is a section line 25 which runs transversely to the longitudinal axis 40 and the section through the arrangement shown in FIG clarifies.

Figur 3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung, bei der das Halbleiterbauelement 1 von dem bereits dargestellten Kühlkörper 5, und zusätzlich von einem weiteren Kühlkörper 6 wärmeleitend kontaktiert ist. Dazu ist ein elektrischer Anschluss des Halbleiterbauelements 1 , welcher einen elektri- sehen Anschluss an eine Elektrode des Halbleiterbauelements 1 bildet, mittels der elektrisch leitfähigen und wärmeleitfähigen Fügeschicht 3 mit dem Kühlkörper 5, und dort mit dem Flächenbereich 2 des Kühlkörpers 5 verbunden. Der elektrische Anschluss des Halbleiterbauelements 1 bildet einen Flächenbereich, welcher einem weiteren Flächenbereich des Halbleiterbauelements 1 gegenüber- liegt. Der weitere Flächenbereich bildet den weiteren elektrischen Anschluss, welcher - anders als in Figur 1 dargestellt - mittels einer weiteren Fügeschicht 4 mit einem Flächenbereich 20 des weiteren Kühlkörpers 6 verbunden ist. Die Fügeschicht 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Lot gebildet, sodass der weitere Anschluss des Halbleiterbauelements 1 von dem Kühlkörper 6 über die Fügeschicht wärmeleitfähig und elektrisch kontaktiert ist. Der Kühlkörper 6 ist wie der Kühlkörper 5 massiv und zylinderförmig ausgebildet. Der Kühlkörper 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer gebildet. Der Kühlkörper 6 wird entlang eines Längsabschnittes entlang der Längsachse 40 von einem ringförmig ausgebildeten Halteelement 9 fest umschlossen. Der Kühlkörper 5 ist von einem ring- förmigen Halteelement 7 entlang eines Längsabschnitts fest umschlossen. DieFigure 3 shows schematically an embodiment of an arrangement in which the semiconductor device 1 is contacted by the heat sink 5 already shown, and in addition by another heat sink 6 thermally conductive. For this purpose, an electrical connection of the semiconductor component 1, which forms an electrical connection to an electrode of the semiconductor component 1, by means of the electrically conductive and thermally conductive bonding layer 3 with the heat sink 5, and there connected to the surface area 2 of the heat sink 5. The electrical connection of the semiconductor component 1 forms a surface region, which lies opposite a further surface region of the semiconductor component 1. The further surface area forms the further electrical connection, which, unlike in FIG. 1, is connected to a surface region 20 of the further heat sink 6 by means of a further joining layer 4. The bonding layer 4 is formed in this embodiment by a solder, so that the further connection of the semiconductor device 1 is thermally conductive and electrically contacted by the heat sink 6 via the joining layer. The heat sink 6 is like the heat sink 5 solid and cylindrical. The heat sink 6 is formed in this embodiment of copper. The heat sink 6 is firmly enclosed along a longitudinal section along the longitudinal axis 40 by an annular holding element 9. The heat sink 5 is firmly enclosed by a ring-shaped holding element 7 along a longitudinal section. The

Halteelemente 7 und 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus Invar-Stahl gebildet. Der Invar-Stahl weist in diesem Ausführungsbeispiel Eisen und 35 bis 36 % Nickel auf. Zusätzlich kann der Invar-Stahl 5 % Kobalt aufweisen, der Kühlkörper ist im Bereich eines Endabschnitts, welcher dem Endabschnitt mit dem Flächen- bereich 2 gegenüber liegt, mit einem weiteren Kühlkörper 1 1 verbunden. DerRetaining elements 7 and 9 are formed in this embodiment of Invar steel. The Invar steel has in this embodiment iron and 35 to 36% nickel. In addition, the Invar steel 5% cobalt have, the heat sink is in the region of an end portion which is the end portion with the surface area 2 opposite, connected to a further heat sink 1 1. Of the

Kühlkörper 1 1 weist zum Fluidführen ausgebildete Hohlräume auf, von denen ein Hohlraum 19 beispielhaft bezeichnet ist. Von dem Halbleiterbauelement 1 kann so Wärme, insbesondere eine in dem Halbleiterbauelement 1 erzeugte Verlustwärme, über die Fügeschicht 3, den Flächenbereich 2, weiter über den Kühlkör- per 5 an den Kühlkörper 1 1 und über den Kühlkörper 1 1 an ein in dem HohlraumHeatsink 1 1 has formed for fluid guiding cavities, of which a cavity 19 is exemplified. Heat from the semiconductor component 1, in particular a loss heat generated in the semiconductor component 1, can thus be transmitted via the bonding layer 3, the area region 2, via the cooling body 5 to the cooling body 1 1 and via the cooling body 1 1 to one in the cavity

19 befindliches Fluid abgegeben werden. Das Fluid ist beispielsweise Wasser. Der Kühlkörper 5 und der Kühlkörper 1 1 sind miteinander wärmeleitend verbunden. Der Kühlkörper 6 ist im Bereich eines Endabschnitts, der dem Flächenbereich 20 gegenüberliegt, mit einem Kühlkörper 10 verbunden. Der Kühlkörper 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Luft-Wärmetauscher ausgebildet und weist dazu Kühlrippen auf. Der Kühlkörper 10 ist mit dem Kühlkörper 6 wärmeleitend verbunden. 19 fluid are discharged. The fluid is, for example, water. The heat sink 5 and the heat sink 1 1 are connected to each other thermally conductive. The heat sink 6 is connected to a heat sink 10 in the region of an end section, which is opposite to the surface region 20. The heat sink 10 is formed in this embodiment as an air heat exchanger and has for this purpose on cooling fins. The heat sink 10 is thermally conductively connected to the heat sink 6.

Die Kühlkörper 10 und 1 1 sind in diesem Ausführungsbeispiel zum Erzeugen eines Kraftschlusses mittels Verbindungsstangen 12 und 13 miteinander ver- schraubt. So ist ein Pressverband gebildet, mittels dem der Kühlkörper 10 entlang der Längsachse 40 auf den Kühlkörper 6 drückt, und so den Kühlkörper 6 über die Fügeschicht 4 gegen das Halbleiterbauelement 1 presst. Der Kühlkörper 1 1 presst entlang der Längsachse 40 gegen den Kühlkörper 5, sodass der Kühlkörper 5 über die Fügeschicht 3 gegen das Halbleiterbauelement 1 presst. Das Halbleiterbauelement 1 ist so - ähnlich einem Sandwichverbund - zwischen den The heat sink 10 and 1 1 are screwed together in this embodiment for generating a frictional connection by means of connecting rods 12 and 13. Thus, a press fit is formed, by means of which the heat sink 10 presses along the longitudinal axis 40 onto the heat sink 6, and thus presses the heat sink 6 via the joining layer 4 against the semiconductor component 1. The heat sink 1 1 presses along the longitudinal axis 40 against the heat sink 5, so that the heat sink 5 presses against the semiconductor device 1 via the bonding layer 3. The semiconductor device 1 is so - similar to a sandwich composite - between the

Kühlkörpern 5 und 6 eingepresst. Der Kühlkörper 10 kann - anders als in Figur 3 dargestellt - zusätzlich oder unabhängig von den Kühlrippen zum Fluidführen wie der Wärmetauscher 1 1 ausgebildet sein. Heat sinks 5 and 6 pressed. The heat sink 10 may - in contrast to Figure 3 - additionally or independently of the cooling fins for fluid guiding as the heat exchanger 1 1 may be formed.

Mittels des in Figur 3 dargestellten Wärmetausches 10 ist ein Konvektionswär- metauscher gebildet.  By means of the heat exchanger 10 shown in FIG. 3, a convection heat exchanger is formed.

Figur 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Variante des in Figur 3 dargestellten Halbleiterbauelements, welches von dem Kühlkörper 5 und dem Kühlkörper 6 jeweils wärmeleitend und elektrisch kontaktiert ist.  FIG. 4 schematically shows an exemplary embodiment of a variant of the semiconductor component shown in FIG. 3, which is in each case heat-conductively and electrically contacted by the heat sink 5 and the heat sink 6.

Anders als in Figur 3 dargestellt, sind der Kühlkörper 5 und der Kühlkörper 6 ge- meinsam von einem hohlzylinderförmig ausgebildeten Halteelement 8 fest umschlossen. Zwischen einer Mantelfläche des zylinderförmig ausgebildeten Kühlelements 6 und einer Innenfläche des Halteelements 8 ist eine elektrisch isolierende Schicht 15 ausgebildet. Dadurch kann das Kühlelement 6 und das Kühlelement 5 nicht über das Halteelement 8 kurzgeschlossen werden.  Unlike in FIG. 3, the cooling body 5 and the cooling body 6 are firmly enclosed by a holding element 8 of hollow-cylindrical design. Between an outer surface of the cylindrically shaped cooling element 6 and an inner surface of the holding element 8, an electrically insulating layer 15 is formed. As a result, the cooling element 6 and the cooling element 5 can not be short-circuited via the retaining element 8.

Ein erster elektrischer Anschluss des Halbleiterbauelements 1 steht über die Fügeschicht 4 mit dem Kühlkörper 6 elektrisch leitfähig und wärmeleitend in Verbindung. Ein weiterer elektrischer Anschluss des Halbleiterbauelements 1 steht über die Fügeschicht 3 mit dem Kühlkörper 5 wärmeleitend und elektrisch leitfähig in Verbindung. A first electrical connection of the semiconductor component 1 is connected via the bonding layer 4 to the cooling body 6 in an electrically conductive and thermally conductive manner. A further electrical connection of the semiconductor component 1 is connected via the bonding layer 3 to the heat sink 5 in a heat-conducting and electrically conductive manner.

Figur 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung umfassend eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen, welche jeweils - wie in Figur 3 dargestellt - von zwei Kühlelementen wärmeleitend und elektrisch leitfähig kontaktiert sind. Dargestellt ist das in Figur 3 bereits dargestellte Halbleiterbauelement 1 , welches mit dem Kühlkörper 5 und dem Kühlkörper 6 elektrisch leitfähig und wärmeleitend in Wirkkontakt steht. Das zylinderförmig ausgebildete Kühlelement 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem hohlzylinderförmig ausgebildeten Durchbruch des Halteelements 21 angeordnet. Das Halteelement 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel als massiv ausgebildete Platte, insbesondere In- var-Stahlplatte ausgebildet. FIG. 5 schematically shows an exemplary embodiment of an arrangement comprising a plurality of semiconductor components, each of which - as shown in FIG. 3 - are contacted by two cooling elements in a heat-conducting and electrically conductive manner. Shown is the already shown in Figure 3 semiconductor device 1, which is electrically conductive and thermally conductive in operative contact with the heat sink 5 and the heat sink 6. The cylindrical cooling element 5 is arranged in this embodiment in a hollow cylinder-shaped opening of the retaining element 21. The holding element 21 is formed in this embodiment as a solid plate, in particular In var steel plate.

Das zylinderförmig ausgebildete Kühlelement 6 ist in einem hohlzylinderförmig ausgebildeten Durchbruch eines Halteelements 22 angeordnet. Das Halteelement 22 ist - wie das Halteelement 21 - als massive Platte oder massiver Block, insbesondere aus Invar-Stahl ausgebildet. Die platten- bzw. blockförmigen Halteelemente 21 und 22 weisen jeweils für jeden Kühlkörper, welcher zum elektri- sehen und wärmeleitenden Kontaktieren eines Halbleiterelements ausgebildet ist, einen Durchbruch auf, welcher entsprechend dem Kühlelement ausgeformt ist. Die Durchbrüche sind in den Halteelementen 21 und 22 einander gegenüberliegend angeordnet, sodass die in den Durchbrüchen wenigstens längsabschnitts- weise aufgenommenen Kühlelemente zum Einpressen der Halbleiterbauelemente einander gegenüberstehen. Die plattenförmigen Halteelemente 21 und 22 sind jeweils mittels durch die Platten 21 und 22 durchgeführten Schraubbolzen 26, 27, 28 und 29 miteinander derart verschraubt, sodass die plattenförmigen Halteelemente 21 und 22 gegeneinander gepresst werden. So wird eine Stirnfläche, insbesondere der Flächenbereich der von dem plattenförmigen Halteelement 21 umschlossenen Kühlkörper einer Stirnfläche, insbesondere dem Flächenbereich der von dem plattenförmigen Haltelement 21 umschlossenen Kühlkörper entgegen gepresst, wobei zwischen einem jeden Flächenbereich der von dem Halteelement 22 umschlossenen Kühlkörper und den entsprechenden Flächenbereichen der von dem Halteelement 21 umschlossenen Kühlkörper ein Halbleiterbauelement angeordnet ist. The cylindrical cooling element 6 is arranged in a hollow cylinder-shaped opening of a holding element 22. The holding element 22 is - like the holding element 21 - formed as a solid plate or solid block, in particular Invar steel. The plate-shaped or block-shaped holding elements 21 and 22 each have for each heat sink, which for electrical see and thermally conductive contacting a semiconductor element is formed, an opening, which is formed according to the cooling element. The apertures are arranged opposite one another in the holding elements 21 and 22, so that the cooling elements accommodated in the apertures at least longitudinally in section for the purpose of pressing in the semiconductor components face one another. The plate-shaped holding elements 21 and 22 are respectively screwed together by means of the plates 21 and 22 carried out by bolts 26, 27, 28 and 29, so that the plate-shaped holding elements 21 and 22 are pressed against each other. Thus, an end face, in particular the surface area of the heat sink enclosed by the plate-shaped holding element 21 of an end face, in particular pressed against the surface area of the heat sink enclosed by the plate-shaped holding member 21, wherein between each surface region of the heat sink enclosed by the holding element 22 and the corresponding surface areas arranged by the holding element 21 heat sink a semiconductor device is arranged.

Claims

Ansprüche claims 1 . Halbleiterbauelement (1 ) mit wenigstens einem Kühlkörper (5, 6), wobei wenigstens ein Flächenbereich (2, 20) des Kühlkörpers (5, 6) mit dem Halbleiterbauelement (1 ) wärmeleitend verbunden ist,  1 . Semiconductor component (1) with at least one heat sink (5, 6), wherein at least one surface region (2, 20) of the heat sink (5, 6) with the semiconductor device (1) is thermally conductively connected, dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that das Kühlelement (5, 6) wenigstens teilweise von wenigstens einem Halteelement (7, 8, 9, 21 , 22) insbesondere ringförmig umschlossen ist, wobei das Halteelement (7, 8, 9, 21 , 22) eine kleinere thermische Ausdehnung aufweist als das Kühlelement (5, 6). the cooling element (5, 6) is at least partially surrounded by at least one retaining element (7, 8, 9, 21, 22), in particular annularly, wherein the retaining element (7, 8, 9, 21, 22) has a smaller thermal expansion than that Cooling element (5, 6). 2. Halbleiterbauelement (1 ) nach Anspruch 1 ,  2. Semiconductor component (1) according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that das Halteelement (7, 8, 9, 21 , 22) angeordnet ist, eine thermische Ausdehnung des Flächenbereichs wenigstens teilweise zu verhindern. the retaining element (7, 8, 9, 21, 22) is arranged to at least partially prevent a thermal expansion of the surface area. 3. Halbleiterbauelement (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,  3. Semiconductor component (1) according to claim 1 or 2, dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that das Halteelement (7, 8, 9, 21 , 22) den Kühlkörper (5, 6) auf einer sich quer oder mit wenigstens einer Querkomponente zu dem Flächenbereich erstreckenden Mantelfläche des Kühlkörpers (5, 6) umschließt. the retaining element (7, 8, 9, 21, 22) encloses the cooling body (5, 6) on a lateral surface of the cooling body (5, 6) extending transversely or with at least one transverse component to the surface region. 4. Halbleiterbauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass  4. Semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that das Halbleiterbauelement (1 ) mit einem weiteren Kühlkörper (6) verbunden ist, wobei der weitere Kühlkörper (6) von dem Halteelement (8) oder einem weiteren Halteelement (9) umschlossen ist. the semiconductor component (1) is connected to a further heat sink (6), wherein the further heat sink (6) is enclosed by the holding element (8) or a further holding element (9). 5. Halbleiterbauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass  5. Semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that das Halbleiterbauelement (1 ) durch den Kühlkörper (5, 6) elektrisch kontaktiert ist. the semiconductor component (1) is electrically contacted by the heat sink (5, 6). 6. Halbleiterbauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Halteelement (7, 8, 9, 20, 21 ) von dem Kühlkörper (5, 6) elektrisch isoliert ist. 6. Semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one holding element (7, 8, 9, 20, 21) is electrically insulated from the heat sink (5, 6). 7. Halbleiterbauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass  7. Semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that der Kühlkörper (5, 6) Kupfer und/oder Aluminium aufweist. the heat sink (5, 6) comprises copper and / or aluminum. 8. Halbleiterbauelement (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass  8. Semiconductor component (1) according to one of the preceding claims, characterized in that das Halteelement (7, 8, 9, 20, 21 ) aus einer Invar-Legierung gebildet ist. the holding element (7, 8, 9, 20, 21) is formed of an Invar alloy. 9. Halbleiterbauelement (1 ) nach Anspruch 8,  9. Semiconductor component (1) according to claim 8, dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that die Invar-Legierung Eisen und Nickel aufweist. the Invar alloy has iron and nickel. 10. Verfahren zum Kühlen eines Halbleiterbauelements,  10. A method of cooling a semiconductor device, wobei das Halbleiterbauelement (1 ) mit einem Flächenbereich (2, 20) des Kühlkörpers (5, 6) wärmeleitend verbunden ist, bei dem eine Wärmeausdehnung eines mit dem Halbleiterbauelement (1 ) verbundenen Kühlkörpers (5, 6) in einer Ebene eines Flächenbereichs (2, 20) durch ein Umschließen einer Mantelfläche des Kühlkörpers (5, 6), die sich quer oder mit einer Querkomponente zum Flächenbereich (2, 20) erstreckt, reduziert oder verhindert wird. wherein the semiconductor component (1) is thermally conductively connected to a surface area (2, 20) of the heat sink (5, 6) in which thermal expansion of a heat sink (5, 6) connected to the semiconductor component (1) in a plane of a surface area (2 , 20) is reduced or prevented by enclosing a lateral surface of the heat sink (5, 6) which extends transversely or with a transverse component to the surface region (2, 20).
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