[發明專利]帶有功率半導體的電子組件

有效

• 申請號: 201410320609.7
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104282679B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 賴納·埃德爾豪瑟爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/34
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術領域

本發明涉及一種電子組件，其具有基底、至少一個安裝在基底上的功率半導體、至少一個與基底熱連接的散熱體和至少一個溫度傳感器。

本發明能夠特別有利地運用在靠電力運行的車輛中，例如電動車或者基于混合動力技術的車輛。本發明還能夠特別有利地用在軌道技術中，例如用于地下車輛，或者用在航空航天領域中。本發明能夠有利地運用在具有快速波動(也就是說，在熱時間常數的范圍內)的負荷的功率電子件的情況下。在例如用風車進行風能利用時，能夠特別有利地運用本發明，特別是用于風車中的變流器。

背景技術

迄今為止都是如下地測量所涉及類型的電子組件的功率半導體的溫度或溫度值，即，將溫度傳感器直接安裝在散熱體上或者用作基底的電路載體上。在那里檢測的溫度值被視為能夠表征所述至少一個功率半導體的溫度值。這里的缺點在于，基于功率半導體、散熱體和溫度傳感器之間的熱阻和熱容量，使得所述至少一個功率半導體的溫度提升只能在延遲并縮小的情況下被溫度傳感器接收到。如果至散熱體的溫度傳感器的熱阻比至需要檢測的功率半導體的溫度傳感器的熱阻小很多，那么測得的溫度值也可能是在瞬態振蕩的狀態下獲得的虛假值。特別是在將溫度傳感器安裝在散熱體上時就會如此。時間上的延遲和縮小量可能會很大，以至于在冷卻器意外地有故障時危害到功率半導體，或者它在正常運行時不能最優化地充分發揮作用。

為了構建現代的電子組件，例如已知了Semikron公司的所謂的“SKiN”工藝，其例如在以下文章中被公開：2011年5月，電子，《提前一步：構造及連接工藝優化的功率電子件》(Einen Schritt Voraus sein：Aufbau-und Verbindungstechnik optimiert Leistungselektronik)；出自Power Electronics Europe(歐洲功率電子件)，期號5,2011年7月/8月，《功率模塊:無鍵合線、焊料和熱膠的功率電子件封裝革命》(POWER MODULES：Power Electronics Packaging Revolution Without Bond Wires,Solder and Thermal Paste)，或者KEM中，2011年10月《功率電子件：無焊料和鍵合線的構造及連接技術：傳統與演變》(Leistungselektronik:Aufbau-und Verbindungstechnik ohne Lot und Bonddraht:Klassik und Evolution)。

發明內容

本發明的目的在于，至少部分地克服現有技術的缺點，并且特別是以簡單且便宜的方式提供一種功率半導體的延遲更少和/或更可靠的溫度測量法。

該目的通過一種電子組件得以實現，其具有基底、至少一個安裝在基底上的功率半導體、至少一個與基底熱連接的散熱體和至少一個溫度傳感器，其中，所述至少一個溫度傳感器具有至需要檢測的至少一個功率半導體的第一熱阻，它小于至散熱體的第二熱阻。

由此使得相比于散熱體，所述至少一個溫度傳感器明顯更高強度地與至少一個功率半導體熱耦合。散熱體的迄今對溫度傳感器測量溫度的影響可以減少到很小的程度。由此能夠通過至少一個溫度傳感器更迅速并更可靠地確定功率半導體的溫度變化。

根據功率半導體和溫度傳感器之間的第一熱阻與溫度傳感器和散熱體之間的第二熱阻之間的比例關系，溫度傳感器的溫度(在其自身的熱容量處于瞬時振蕩狀態時)與功率半導體的溫度有偏差。這個比例越小，測量錯誤就越小。典型地，所述至少一個散熱體具有很大的熱容量。因此，散熱體的溫度晚于功率半導體的溫度發生瞬時振蕩。在這段時間內，功率半導體和散熱體之間的溫差相應地較大。

一種構造方案是，基底具有前側和背側，并且所述至少一個功率半導體安裝在前側上。

還有一種構造方案是，所述至少一個散熱體與背側熱連接，并且所述至少一個溫度傳感器布置在基底前側的區域內。

也還有一種構造方案是，第一熱阻不大于第二熱阻。特別是第一熱阻可以至少與第二熱阻差不多大，卻并不明顯地更大。在這種情況下，溫度偏差已經減半了，并且確保了從溫度傳感器至散熱體的(散)熱流并不主導溫度傳感器和所屬的至少一個需要冷卻的功率半導體之間的熱流。

當第一熱阻比第二熱阻小了至少50％時，特別是小了至少75％，特別是小了至少90％時，這個優點會更加明顯。于是，相對于從溫度傳感器至散熱器的(散)熱流，溫度傳感器和所屬的至少一個需要檢測的功率半導體之間的熱流肯定占主導地位。