半导体器件、半导体模块和用于冷却半导体器件的方法

摘要

本发明涉及半导体器件、半导体模块和用于冷却半导体器件的方法。具体地，本发明涉及带有具有用于改善冷却的延伸周缘的层的半导体器件和用于冷却半导体器件的方法。提供一种半导体器件，该半导体器件包括具有第一和第二相对的金属化主面的薄片和结合至薄片的第一金属化面上的晶体管。该晶体管包括第一表面，第一表面限定第一区域。该器件还包括结合至晶体管的第一表面上的第一金属层。第一金属层具有限定比晶体管的第一区域大的第二区域的第一表面。该器件还包括结合至第一金属层的第一表面上的陶瓷层。

权利要求

1.一种半导体器件，其包括：

薄片，其具有相对的第一金属化面和第二金属化面；

晶体管，其结合至所述薄片的第一金属化面上，其中，所述晶体管包括第一表面，并且所述第一表面限定第一区域；

第一金属层，其结合至所述晶体管的第一表面上，其中，所述第一金属层具有限定第二区域的第一表面，而所述第二区域比所述晶体管的第一区域大；和陶瓷层，其结合至所述第一金属层的第一表面上，

所述第一金属层具有从第一侧延伸的接触区域，所述第一金属层还具有延伸超过所述晶体管和陶瓷层的多个延伸周缘区域，并且所述多个延伸周缘区域包括从第二侧延伸的第一延伸周缘区域、从第三侧延伸的第二延伸周缘区域和从第四侧延伸的第三延伸周缘区域。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述陶瓷层具有限定第三区域的第一表面，而所述第三区域比所述第一金属层的第二区域小。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括：二极管，其布置在所述晶体管附近，结合至所述薄片的第一金属化面上并且具有限定第一区域的第一表面；

第二金属层，其结合至所述二极管的第一表面上，并且具有限定第二区域的第一表面；和第二陶瓷层，其结合至所述第二金属层的第一表面上，并且具有限定第三区域的第一表面，其中，所述第二金属层的第一表面的第二区域大于所述二极管的第一表面的第一区域。

4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述第二金属层的第一表面的第二区域大于所述第二陶瓷层的第一表面的第三区域。

5.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述第二金属层具有多个延伸超过所述二极管和第二陶瓷层的延伸周缘区域。

6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述第二金属层具有从第一侧延伸的接触区域，并且所述第二金属层的多个延伸周缘区域包括从第二侧延伸的第一延伸周缘区域、从第三侧延伸的第二延伸周缘区域和从第四侧延伸的第三延伸周缘区域。

7.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述晶体管是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。

8.一种半导体模块，其包括：

其中具有空腔的外壳；

位于所述空腔内的至少一个半导体器件，其中，所述至少一个半导体器件包括：薄片，其具有相对的第一金属化面和第二金属化面；

晶体管，其结合至所述薄片的第一金属化面上，其中，所述晶体管包括第一表面，并且所述第一表面限定第一区域；

第一金属层，其结合至所述晶体管的第一表面上，其中，所述第一金属层具有限定第二区域的第一表面，而所述第二区域比所述晶体管的第一区域大；

陶瓷层，其结合至所述第一金属层上；，

其中，所述第一金属层具有从第一侧延伸的接触区域，所述第一金属层还具有延伸超过所述晶体管和陶瓷层的多个延伸周缘区域，且所述多个延伸周缘区域包括从第二侧延伸的第一延伸周缘区域、从第三侧延伸的第二延伸周缘区域和从第四侧延伸的第三延伸周缘区域，和

冷却系统，其包括：

穿过所述外壳并流通地联接至所述空腔的流动通道，其中，

所述冷却系统构造成使冷却剂流体循环通过所述流动通道并且

与所述至少一个半导体器件的第一金属层接触。

9.根据权利要求8所述的半导体模块，其特征在于，所述陶瓷层具有限定第三区域的第一表面，所述第三区域比所述第一金属层的第二区域小。

10.根据权利要求8所述的半导体模块，其特征在于，所述冷却系统构造成使所述多个延伸周缘区域与所述冷却剂流体接触。

11.根据权利要求8所述的半导体模块，其特征在于，所述半导体模块还包括：二极管，其布置在所述晶体管附近，结合至所述薄片的第一金属化面上并且具有限定第一区域的第一表面；

第二金属层，其结合至所述二极管的第一表面上，并且具有限定第二区域的第一表面；和第二陶瓷层，其结合至所述第二金属层的第一表面上，并且具有限定第三区域的第一表面，其中，所述第二金属层的第一表面的第二区域大于所述二极管的第一表面的第一区域，并且所述冷却系统还构造成使所述至少一个半导体器件的第二金属层与所述冷却剂流体接触。

12.根据权利要求11所述的半导体模块，其特征在于，所述第二金属层的第一表面的第二区域大于所述第二陶瓷层的第一表面的第三区域。

13.根据权利要求11所述的半导体模块，其特征在于，所述第二金属层具有多个延伸周缘区域，并且所述冷却系统构造成以便输送与所述第二金属层的多个延伸周缘区域接触的所述冷却剂流体。

14.根据权利要求13所述的半导体模块，其特征在于，所述第二金属层具有从第一侧延伸的接触区域，并且所述第二金属层的多个延伸周缘区域包括从第二侧延伸的第一延伸周缘区域、从第三侧延伸的第二延伸周缘区域和从第四侧延伸的第三延伸周缘区域。

15.一种用于冷却半导体器件的方法，该半导体器件具有结合至晶体管的第一金属层，以及结合至第一金属层的陶瓷层，所述第一金属层具有从第一侧延伸的接触区域，所述第一金属层还具有延伸超过所述晶体管和陶瓷层的多个延伸周缘区域，并且所述多个延伸周缘区域包括从第二侧延伸的第一延伸周缘区域、从第三侧延伸的第二延伸周缘区域和从第四侧延伸的第三延伸周缘区域，其包括步骤：使冷却剂流体循环通过流动通道；

将所述冷却剂流体引导至所述半导体器件的第一金属层的侧边的延伸周缘区域上；并且收集所述冷却剂流体并且使所述冷却剂流体再循环通过所述流动通道。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述半导体器件还包括结合至布置在所述晶体管附近的二极管的第二金属层，所述第二金属层具有从第一侧延伸的接触区域，并且所述第二金属层具有多个延伸超过所述二极管和结合至所述第二金属层的第二陶瓷层的延伸周缘区域，所述第二金属层的多个延伸周缘区域包括从第二侧延伸的第一延伸周缘区域、从第三侧延伸的第二延伸周缘区域和从第四侧延伸的第三延伸周缘区域，且其中所述方法还包括额外地将所述冷却剂流体引导至第二金属层的延伸周缘区域上。

说明书

技术领域

本发明涉及带有具延伸周缘(extended perimeter)的层的半导体器件。更具体地，本发明涉及带有用于通过半导体模块中的液体冷却系统来改善冷却的延伸周缘的半导体器件和用于冷却半导体器件的方法。

背景技术

已知某些半导体器件在运行期间产生过多热量。这尤其发生在通常作为大功率电路中的开关或整流器的功率半导体器件中。例如，功率逆变器用于电动车辆和混合动力车辆中，以提供三相运行功率至车辆的电动马达。通常必须冷却功率逆变器和其它的这种器件，以确保恰当的功能。为此，容纳这种功率器件的功率模块经常具有某些形式的冷却系统。例如，传统的冷却系统通常采用冷却板(例如，散热器)，以将热量从功率器件上传递走。散热器可包括金属本体(例如，铝、铜等)，其具有平坦表面和离开该平坦表面延伸的多个突出部(“针鳍(pinfin)”)。散热器的平坦表面与功率器件热接触(例如，焊接至支承功率器件的基底上)，并且针鳍暴露于通常为空气或冷却剂流体(coolantfluid)(例如，乙二醇水溶液)的冷却源。一种液体冷却系统利用泵以使冷却剂流体在功率器件的顶部上方和该顶部上循环。在器件运行期间，热量离开功率器件传导至由冷却源对流式冷却的针鳍。
传统的半导体器件可能未在上述的冷却系统中实现最佳的冷却。通常，半导体器件的许多热量由半导体元件本身所产生。在作为功率器件的绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件中，该晶体管可产生器件中的大部分热量(例如，切换和传导损失)。然而，在这种器件中，由于液体冷却剂必须通过定位在晶体管上方的若干个介入层(例如，互连层和绝缘层)将热量从器件上传导走，故可能不能有效地冷却该晶体管。
因此，希望提供一种能够利用液体冷却系统进行更加有效的冷却的半导体器件。此外，还希望提供一种半导体模块，其包括半导体器件和有效地冷却该半导体器件的液体冷却系统。此外，希望提供一种比常规方法更有效的利用液体冷却系统冷却半导体器件的方法。通过与附图和上述的技术领域和背景技术相结合的随后的详细说明和权利要求，本发明的其它的期望的特征和特性将变得显而易见。

发明内容

根据一个典型实施例，提供了一种半导体器件，该半导体器件包括具有第一和第二相对的金属化主面(major face)的薄片(wafer)和结合至薄片的第一金属化面上的晶体管。该晶体管包括第一表面，第一表面限定第一区域。该器件还包括结合至晶体管的第一表面上的第一金属层。该第一金属层具有限定比晶体管的第一区域大的第二区域的第一表面。该器件还包括结合至第一金属层的第一表面上的陶瓷层。
根据另一个典型实施例，提供一种半导体模块，该半导体模块包括具有在其中的空腔的外壳和位于空腔内的至少一个半导体器件。该至少一个半导体器件包括：薄片，其具有第一和第二相对的金属化主面；晶体管，其结合至薄片的第一金属化面上，并且具有限定第一区域的第一表面；第一金属层，其结合至晶体管的第一表面上，并且具有限定比晶体管的第一区域大的第二区域的第一表面；陶瓷层，其结合至第一金属层上；和冷却系统。该冷却系统包括穿过外壳并流通地联接(fluidly coupled)至空腔的流动通道，并且该冷却系统构造成使冷却剂流体循环通过所述流动通道并与至少一个半导体器件的第一金属层接触。
根据又一个典型实施例，提供一种用于冷却半导体器件的方法，该方法包括步骤：使冷却剂流体循环通过流动通道；将冷却剂流体引导至半导体器件的第一金属层上，该第一金属层结合至半导体器件中的晶体管上；并且收集冷却剂流体并使冷却剂流体再循环通过流动通道。

附图说明

将在下文中结合以下附图描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，在附图中：
图1是根据本发明典型实施例的半导体模块的第一截面图；
图2是沿平面2-2截取的图1所示的半导体模块的第二截面图；
图3是用于图1和图2的半导体模块中的半导体器件的典型实施例的等轴视图；
图4是图3的半导体器件的分解等轴视图；而
图5是用于图1-4的半导体器件中的典型金属层的平面图。

具体实施方式

以下的详细说明在本质上仅仅是示范性的，而不意图限制本发明或本发明的应用和使用。此外，不意图使本发明由在前述的技术领域、背景技术、发明内容或以下的详细说明中提出的所有明确的或隐含的原理所限制。
图1是根据本发明典型实施例的半导体模块20的第一截面图，图2是沿图1中的平面2-2截取的半导体模块20的第二截面图。半导体模块20可为适合于布置在电动车辆或混合动力车辆上的功率模块(例如，逆变器模块)。半导体模块20可用于例如具有三相交流(AC)马达的电动汽车、混合动力汽车或燃料电池汽车中。半导体模块20可为供应切换的交流至交流马达的反相电路。
半导体模块20包括外壳22，该外壳22又包括模块盖子24和基部26。基部26可包括例如冷却板，并且在本发明中即为冷却板。术语冷却板在本发明中以其最广泛的含义使用，并且包括适合于从半导体模块20上移除热量的所有装置(例如，散热器)。盖子24可由不导热的材料制成，例如可由诸如塑料的合适聚合物模制而成，冷却板26可由诸如铝或铜的导热金属构成。盖子24包括内表面28，冷却板26包括支承表面30。盖子24密封地联接至冷却板26上，使得内表面28和支承表面30相协作，以在外壳22内限定空腔32。本领域技术人员将了解的是，盖子24可以以多种方式密封地联接至冷却板26上。例如，盖子24可经由结合剂或多个紧固件联接至冷却板26上。可选地，盖子24可模制成包括接合支承表面30的多个机械锁定特征，或者盖子24可简单地直接模制在冷却板26上。如果利用紧固件或机械锁定特征，则弹性体O形环(未示出)可布置在内表面28和支承表面30之间，以确保液密的及气密的密封形成在盖子24和冷却板26之间。
一个或多个半导体器件34(例如功率器件，该功率器件诸如具有晶体管的逆变器)布置在空腔32内，并且联接至冷却板26的支承表面30上。半导体器件34示范性地示于图1和图2中，并且参照图3-5被进一步详细地描述。半导体器件34例如可为绝缘栅双极晶体管(IGBT)。IGBT为特别适合于用于大功率应用的半导体器件。IGBT利用小的芯片尺寸和较小的“接通”电阻来处理高压和强电流。此外，IGBT可被快速地切换，从而使IGBT有效地用作三相逆变器中的开关，该三相逆变器用于大功率的交流马达应用，诸如用于驱动电动车辆、混合动力车辆和燃料电池车辆的马达。
半导体器件34由基底36支承，并且固定地联接至基底36上。基底36可为直接结合的铜基底(例如，叠铜的(copper-laminated)氧化铝或陶瓷基底)，半导体器件34可焊接至基底36上；然而，应了解的是，可利用其它的基底和联接装置。基底36导热地联接至支承表面30上(例如，焊接至支承表面30上)，从而使半导体器件34与冷却板26热量连通。
在半导体模块20的运行期间，热量由半导体器件34产生。尤其，热量由半导体器件34所采用的电气元件(例如，功率开关、二极管等)产生。因此，冷却系统35设置在外壳22内，以通过使冷却剂流体38通过外壳22并在半导体器件34上方或在半导体器件34上有效地循环而耗散由半导体器件34产生的热量。如下文更详细地描述，冷却系统35优选地将冷却剂流体的一股或多股流体流或雾化喷雾直接引导至半导体器件34的顶面上，以冷却半导体器件34。
冷却剂流体38优选为介电液体(dielectric liquid)。将对本领域技术人员显而易见的是，所选择的具体的介电液体将取决于器件的化学性质和应用。合适的介电液体可包括但不限于碳氟化合物、硅油和聚α烯烃。冷却剂流体38收集在冷却剂流体储藏器37内，该冷却剂流体储藏器37布置在空腔32内并且大致由支承表面30和内表面28限定。如图所示，冷却剂流体储藏器37可部分地或完全地包围一个或多个半导体器件34；然而，应了解的是，容纳在冷却剂流体储藏器37内的冷却剂流体38绝非必须接触半导体器件34的所有部分。实际上，可能优选的是，暴露半导体器件34的表面，以便允许冷却剂流体38从冷却系统35的冲击出口(impingement outlet)46直接冲击在半导体器件34的表面上——如下文更详细地描述。在其它实施例中，半导体器件34可由冷却剂流体38完全地淹没，该冷却剂流体38可基本上充满空腔32。这种实施例可改善热特性和/或降低对装置定向的敏感度；例如，降低布置在半导体模块20内的泵(例如，下述的泵42)当半导体模块20倾斜或者当半导体模块20承受离心力或另外的重力或加速力时吸取气体的可能性。
在典型实施例中，冷却板26包括具有主体部分39的散热器，该主体部分39包括支承表面30。多个突出部40(“针鳍”)联接至主体部分39上或者与主体部分39整体形成，并且与支承表面30基本相对地离开主体部分39延伸。针鳍40增大冷却板26的下部的表面面积，从而促进冷却板26的对流冷却。针鳍40以已知的方式暴露于冷却源；例如，针鳍40可暴露于由风扇(未示出)引导至针鳍40上方的空气源。可选地，针鳍40可暴露于第二液体冷却剂(例如，乙二醇水溶液)。采用这种方式，冷却板26与基底36相协作，以形成导热的耗散路径。亦即，由半导体器件34产生的过多热量由基底36导热地吸收，并且通过主体部分39传递至针鳍40内。然后，施加至针鳍40上的冷却源对流式地耗散过多热量，从而冷却该冷却板26。
如前所述，冷却剂流体38通过包含在半导体模块20内的冷却系统35而有效地循环通过外壳22。该冷却系统35包括通过外壳22的流动通道41(图1)，该流动通道41具有进口和至少一个出口。此外，该冷却系统还可包括流通地联接至流动通道41上的泵42(图1)。在所示实施例中，流动通道41包括穿过支承表面30布置的储藏器进口44和穿过内表面28布置的多个冲击出口46。冲击出口46优选地定位为以便将循环的冷却剂流体38引导至半导体器件34上。冲击出口46的组可基本上布置在不同的半导体器件34上方，如图1和图2所示。在一个典型实施例中，为每个半导体器件34设置五个冲击出口46，其中一个冲击出口46用于侧角，一个冲击出口46用于中心。在可选实施例中，冲击出口46可布置在半导体器件34的拐角处。冲击出口46可具有适合于将冷却剂流体38引导至半导体器件34上的所有形式。例如，冲击出口46可均采取穿过盖子24的内表面28形成的一个或多个孔的形式。然而，冲击出口46均优选地包括构造成以便产生冷却剂流体流38的流体流喷口(jet)(如图所示)或者构造成以便产生细微的或雾化的雾的喷嘴。具体的模块可根据期望的工作特性采用流体流喷口、喷嘴或喷口和喷嘴的组合。相对于流体流喷口，喷嘴倾向于提供更加有效的热量冷却。相反，流体流喷口有助于维持冷却剂流体特性并且可允许泵42具有较小的压力变化，从而减少成本和增加系统可靠性。
虽然在图1和图2中仅示出了一个流动通道41，但是应了解的是，半导体模块20的某些实施例可包括多个(例如，两个)流动通道。流动通道41优选地穿过冷却板26的周缘部分而形成，以便基本上避免直接暴露于由基底36和冷却板26设置的导热路径。此外，本领域技术人员将了解的是，穿过冷却板26形成的流动通道(多个流动通道)41的部分可具有多种形状和构造(例如，蛇形构造或网格构造)，以增大流动通道的长度，并且因此增加从冷却剂流体38至冷却板26的热传递。
仍然参考典型的半导体模块20，流动通道41包括两个流动通道分段：穿过冷却板26形成的第一流动通道分段48和穿过盖子24(例如，穿过盖子24的顶部)形成的第二流动通道分段50。第一流动通道分段48包括储藏器进口44，第二流动通道分段50包括多个冲击出口46。泵42布置在外壳22内，并且流通地联接在第一流动通道分段48和第二流动通道分段50之间。例如，泵42可位于盖子24的周缘部分43内(图1)，并且流通地联接在第一流动通道分段48的出口52和第二流动通道分段50的进口54之间。当泵42通电时，泵42使冷却剂流体38循环通过流动通道41并在半导体器件34上方循环。更具体地，在泵42的作用下，首先将冷却剂流体38从冷却剂流体储藏器37吸入第一流动通道分段48的储藏器进口44内。然后，冷却剂流体38流过第一流动通道分段48并流入泵42内。接下来，泵42将冷却剂流体38排出至第二流动通道分段50内。所排出的冷却剂流体38流过第二流动通道分段50，直到到达冲击出口46，该冲击出口46然后将冷却剂流体38引导至半导体器件34上。冷却剂流体38在冲击半导体器件34之后返回至冷却剂流体储藏器37，并且重复该循环。
当冷却剂流体38冲击在半导体器件34上时，热量从半导体器件34传递至冷却剂流体38，从而提供对流的热量耗散路径。这导致热量从半导体器件34传递至冷却剂流体38。在受热状态下，冷却剂流体38流入冷却剂流体储藏器37内，并且最终吸入储藏器进口44内。当受热的冷却剂流体38流过第一流动通道分段48时，冷却板26以上述方式冷却该冷却剂流体38。如图1所示，第一流动通道分段48优选地跨越冷却板26的大部分长度，以使散热最大化。此外，如图2所示，第一流动通道分段48的宽度优选为显著地小于冷却板26的宽度，以增大沿上述导热路径的散热。
虽然图1和图2示出了处于外壳22内的冷却系统，但是冷却系统35的部分可位于外壳22的外部。例如，泵42和/或冷却板26可处于外壳22的外部。此外，受热的冷却剂流体38可收集在处于外壳22的外部的储藏器中。在另一个实施例中，冷却剂流体38未收集在冷却剂流体储藏器37中。相反，冷却剂流体38在被喷射至更高温度的半导体器件34上之后改变相态而成为蒸汽。该蒸汽可上升至在外壳的顶部内表面28上的冷却板，在该冷却板处蒸汽又冷凝成冷却剂流体38并且流回至流动通道41内。可选地，可将蒸汽从外壳22中引出并进入冷却板或其它的换热器，该冷却板或其它的换热器将蒸汽冷凝成冷却剂流体38并将冷却剂流体38引回至流动通道41内。
图3是可用于根据一个典型实施例的示于图1和图2中的半导体模块20中的一个半导体器件34的等轴视图，图4是图3的半导体器件34的分解等轴视图。半导体器件34包括薄片53，该薄片53的厚度为大约0.5-1毫米、长度为大约25毫米而宽度为大约19毫米，但是也可设置更大的或更小的尺寸，并且该薄片53具有结合至相对侧上的金属箔层55和56。薄片53由绝缘层制成，诸如氧化铍、氧化铝、氮化铝、氮化硅或氮化硼，而箔层55和56是厚度为大约0.25毫米的铜或铝。优选地，箔层55和56直接地结合至薄片53上。箔层55包括适合于将箔层55连接至半导体模块20的其它元件上的接头(tab)58。
第二陶瓷薄片68(较小)结合至薄片53的箔层55上。第三铜箔部件70联接至陶瓷薄片68上，并且具有从第三铜箔部件70上延伸的第二接头72。第二接头72通过陶瓷薄片68与第一接头58绝缘。
诸如IGBT或MOSFET的硅半导体开关晶体管60(图4)结合或粘附至薄片53的箔层55的第一部分上。第一金属层74焊接至晶体管60上，并且包括作为至晶体管60的导体的接触区域92。如在此所使用的，术语焊接、结合和联接以其最广泛的含义使用，并且在各种实施例中可用作可互换的工艺。图5是从半导体器件34上移开的第一金属层74的平面图。第一金属层74可为铜、铝、金、银或铍。晶体管60可具有任何的尺寸，例如，2毫米乘2毫米或者15毫米乘15毫米。通常，在一个实施例中，晶体管60可具有长方形的或正方形的形状因数(form factor)，第一金属层74在一个或多个线性方向上比晶体管60大1-3毫米。具有窗口78的陶瓷层76结合至第一金属层74上。具有通过窗口78突出的接触接头82的D形盘80联接至陶瓷层76上，并且连接至可调(trimmable)电阻器84上。
第一金属层74限定的区域比由晶体管60限定的区域、由陶瓷层76限定的区域和由D形盘80限定的区域都大。第一金属层74包括多个延伸周缘区域86，88和90。接触区域92可从第一金属层74的一个侧面上延伸，延伸周缘区域86，88和90可从其它的三个侧面上延伸。第一金属层74覆盖开关晶体管60，延伸周缘区域86，88和90延伸超过晶体管60。第一金属层74的延伸周缘区域86，88和90还延伸超过陶瓷层76和D形盘80。因而，当半导体器件34由冷却系统冷却时，冷却剂流体38直接接触第一金属层74的延伸周缘区域86，88和90，而第一金属层74又直接接触晶体管60。延伸周缘区域86，88和90提供一种机构，该冷却剂流体38可通过该机构更加有效地从晶体管60上带走热量。如上所述，延伸周缘区域86，88和90可从晶体管60和/或陶瓷层76的周缘上延伸1-3毫米。虽然延伸周缘区域86，88和90的尺寸可由半导体器件34的尺寸所限制，但是延伸周缘区域86，88和90的表面面积越大，则晶体管60的冷却越好。在可选实施例中，第一金属层74为基本长方形，但是第一金属层74的表面面积大于晶体管60和陶瓷层76。
快速硅半导体二极管(SFD)(fast silicon semiconductor diode)62结合至箔层55的第二部分上。SFD 62提供用于晶体管60的阻塞二极管，并且优选地由基本类似于晶体管60的材料制成。二极管接触区域64和陶瓷薄片66形成SFD 62的一部分。第二金属层94定位在SFD 62上方，陶瓷层104定位在第二金属层94上方。第二金属层94还限定比由SFD 62限定的区域和由陶瓷层104限定的区域大的区域。第二金属层94包括作为至SFD 62的导体的接触区域102。第二金属层94包括多个延伸周缘区域96，98和100。接触区域102可从第二金属层94的一个侧面上延伸，延伸周缘区域96，98和100可从其它的三个侧面上延伸。第二金属层94覆盖SFD 62，延伸周缘区域96，98和100延伸超过SFD 62。第二金属层94的延伸周缘区域96，98和100还延伸超过陶瓷层104。第三金属层106可联接至陶瓷薄片104的顶侧。金属层106可用于平衡膨胀系数的失调，以防止双金属弹簧效应。因此，当半导体器件34由冷却系统冷却时，冷却剂流体38直接接触第二金属层94的延伸周缘区域96，98和100，该第二金属层94又直接接触SFD 62。延伸周缘区域96，98和100提供一种机构，冷却剂流体38可通过该机构更加有效地从SFD 62上带走热量。延伸周缘区域96，98和100例如可延伸1-3毫米。虽然延伸周缘区域96，98和100的尺寸可由半导体器件34的尺寸所限制，但是延伸周缘区域96，98和100的表面面积越大，则SFD 62的冷却越好。在可选实施例中，第二金属层94为基本长方形，但是第一金属层94的表面面积大于SFD 62和陶瓷104。通常，第二金属层94的尺寸受半导体几何形状所影响。
虽然在上述的详细说明中提出了至少一个典型实施例中，但是应了解的是，存在许多的变型。还将了解的是，典型实施例或多个典型实施例仅仅为示例，而不意图以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。相反，上述的详细说明将为本领域技术人员提供用于实现典型实施例或多个典型实施例的有利路线图。应了解的是，可对元件的功能和布置进行各种变化，而不脱离权利要求及其法律上的等效物所提出的本发明的范围。