功率模块和用于制造功率模块的方法技术

功率模块和用于制造功率模块的方法。该功率模块具有冷却体和借助于增材制造布置在其上的电绝缘结构和/或电导体结构，在用于制造这种功率模块的方法中，至少一个印制导线结构被增材制造而且至少一个布置在印制导线结构上的绝缘部被增材制造。

Power Modules and Methods for Manufacturing Power Modules

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率模块和用于制造功率模块的方法
本专利技术涉及一种功率模块和一种用于制造功率模块的方法。
技术介绍
功率电子模块（在本申请的范围内始终被称作功率模块）、尤其是用于变流器的功率电子模块需要卓越的电特性、热机械特性和高的电磁兼容性。也对鲁棒性和使用寿命提出了越来越高的要求。
技术实现思路
因而，本专利技术的任务是提供一种相对于现有技术经改善的功率模块。尤其应该可能的是更高的功率密度、经改善的使用寿命、紧凑的结构和被减小的电感。本专利技术的任务还是提供一种用于制造经改善的功率模块的方法。本专利技术的该任务利用具有在权利要求1中所说明的特征的功率模块以及利用具有在权利要求12中所说明的特征的方法来解决。本专利技术的优选的扩展方案在附属的从属权利要求、随后的描述以及附图中予以说明。按照本专利技术的功率模块具有增材制造的印制导线结构和至少一个至少布置在该印制导线结构上的、增材制造的绝缘部。适宜地，按照本专利技术的功率模块包括至少一个功率构件，印制导线结构与该至少一个功率构件电接触。由于经改善的可制造性并且基于功率模块的由于增材制造引起的可能的新式几何关系，按照本专利技术的功率模块具有随后说明的优点：一方面，由于借助于按照本专利技术存在的增材制造的印制导线结构的经改善的电接触，按照本专利技术的功率模块可具有更高的功率密度。还可以轻易地实现按照本专利技术的功率模块的长使用寿命。还有利地，按照本专利技术的功率模块可以以微小的体积、也就是说结构空间来制造。按照本专利技术的功率模块尤其可以关于其外形方面与比如通过更大的设备的其它组成部分预先给定的几何尺寸适配。由于能增材制造的部件非常丰富，按照本专利技术的功率模块可具有多个同样能增材制造的其它组件、比如无源或者有源电器件。因此，在按照本专利技术的功率模块中能轻易地实现高集成度。按照本专利技术的功率模块由于尤其是在功率模块的情况下的增材制造能针对特殊的任务并且因此件数少地成本极其低廉地来制造。该功率模块还可具有多功能外壳，由于更高的集成度，在该多功能外壳中能实现其它功能性。尤其是，在按照本专利技术的功率模块中，能有利地省去硅树脂浇铸。此外，借助于增材制造可以使用很多新的高度绝缘并且有高温能力以及同时可打印的材料。优选地，在按照本专利技术的功率模块中，至少一个印制导线结构包括平坦的印制导线，也就是说印制导线结构包括具有平面的延伸和沿厚度方向的延伸的扁平部分，其中最大和/或最小的平面延伸是沿厚度方向的延伸的至少3倍那么大，尤其是至少10倍那么大，优选地至少30倍那么大而且理想地至少100倍那么大。在此，适宜地，印制导线构造出该扁平部分的至少一部分。在按照本专利技术的功率模块中，适宜地，该扁平部分构成印制导线结构的体积的至少50%、优选地至少80%而且理想地至少90%。由于平坦的印制导线结构，在运行时出现的电感可以轻易地被降低。尤其是，在按照本专利技术的功率模块的情况下，由于借助于按照本专利技术规定的平坦的印制导线结构的经改善的电接触，器件在超过200℃的温度下的运行是可能的。因此，能使用Si和/或SiC和/或GaN芯片技术。按照本专利技术，经改善的导电性能和经改善的热机械和机电可靠性能轻易地被实现。有利的，按照本专利技术的功率模块能在没有如在现有技术中公开的那样的焊接连接和/或铝键合连接的情况下来构造。有利地，按照本专利技术的功率模块没有必要具有这种可能容易折断而且还尺寸大的电连接。更确切地说，按照本专利技术的功率模块能鲁棒地并且紧凑地来构造。适当地，按照本专利技术的功率模块具有冷却体，该冷却体至少部分地增材制造。按照本专利技术，尤其能轻易实现两侧的冷却，也就是说，按照本专利技术的功率模块优选地具有至少两个冷却体，或者功率构件在两个彼此背离的侧面上与至少一个冷却体热接触。在本专利技术的一个有利的扩展方案中，该功率模块具有至少一个衬底、尤其是用陶瓷来形成的衬底。适宜地，在按照本专利技术的功率模块中，可能存在的冷却体附着到至少一个衬底上和/或冷却体形成该衬底。有利地，很多广泛用于功率模块的衬底也适合作为用于增材制造的衬底。这样，尤其是电路载体、优选地经金属喷镀的陶瓷、如DCB和/或AMB和/或印刷电路板可以用作用于增材制造的衬底。此外，按照本专利技术的功率模块的沿平面延伸以及沿厚度方向的电印制导线结构能针对集成电路和各种不同的应用情况来适配。特别有利地，按照本专利技术的功率模块的其它组成部分借助于增材制造、尤其是借助于3D打印来制造：适宜地，这种组成部分是随后列出的组件中的一个或多个组件：无源和/或无线传感器和/或天线和/或电阻和/或电容和/或电感。尤其是，有源和无源电器件及其馈电线可以借助于增材制造、尤其是借助于3D打印轻易地集成到按照本专利技术的功率模块中。借助于增材制造、尤其是借助于3D打印，按照本专利技术的功率模块的绝缘部和/或印制导线结构可以高度精细地并且极其精确地来构造。适宜地，在按照本专利技术的功率模块中，增材制造的组成部分借助于3D打印、优选地立体光刻和/或选择性激光烧结和/或等离子打印和/或喷墨打印来制造。有利地，在按照本专利技术的功率模块中，可能存在的冷却体和/或可能存在的衬底和/或印制导线结构用或者由金属、尤其是用铝和/或铜和/或镍和/或锡和/或金和/或银和/或钛和/或钯和/或钢和/或钴和/或用或者由利用之前提到的金属中的一种或多种金属形成的合金和/或借助于增材制造形成。优选地，在按照本专利技术的功率模块中，可能存在的冷却体用石墨铝来形成或者由石墨铝形成。在按照专利技术的功率模块的一个优选的扩展方案中，冷却体具有冷却通道，这些冷却通道被构造用于冷却流体流经、尤其是用于空气流经。优选地，按照本专利技术的功率模块具有至少一个功率构件，该功率构件优选地用硅和/或碳化硅和/或氮化镓或者由硅和/或碳化硅和/或氮化镓形成。优选地，在按照本专利技术的功率模块中，该至少一个功率构件被烧结到印制导线结构和/或衬底和/或冷却体上。适宜地，按照本专利技术的功率模块构成变流器、尤其是逆变器或整流器。尤其是在变流器的情况下，热特性和电特性的明显的改善是可能的。还可以简单地改善电磁兼容性。在用于制造按照本专利技术的功率模块的按照本专利技术的方法中，至少一个印制导线结构被增材制造和/或至少一个布置在印制导线结构上的绝缘部被增材制造。借助于按照本专利技术的制造方法，不仅迅速的产品研发和投入市场而且对与产品相关的技术演示器的制造都是轻易地可能的。优选地，按照本专利技术的方法包括随后列出的方法步骤中的一个或多个方法步骤：-使用衬底处理器/墨盒用于有和没有冷却器的衬底、尤其是用于DCB衬底；-以经适配的体积来打印烧结膏和/或焊膏；-配备、尤其是三维精确地配备器件、尤其是半导体器件；-通过Ag烧结或焊接工艺来连接器件；-结构化地3D打印有机和/或无机绝缘材料；-结构化地3D打印结构化的金属材料、尤其是一个或多个印制导线结构；以及-对所制造的功率模块或其组成部分进行电测试和/或光学测试。有利地，借助于增材制造、尤其是借助于3D打印，系统组件、尤其是传感器和/或逻辑单元和/或控制单元和/或调节单元和/或被设立和构造用于状态监视（ConditionMonitoring）的单元的有利的多层结构以及简单的集成是简单地可能的。优选地，借助于随后列出的材料中的一个或多个材料来进行增材制造：金属（铜和/或镍和/或锡和/或金和/或银和/或铝和/或钛和/或铂和/或钯和/或钢和/或钴和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率模块，所述功率模块具有增材制造的印制导线结构（110）而且具有至少一个至少布置在所述印制导线结构上的、增材制造的绝缘部（120）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 DE 102016218968.91.一种功率模块，所述功率模块具有增材制造的印制导线结构（110）而且具有至少一个至少布置在所述印制导线结构上的、增材制造的绝缘部（120）。2.根据上述权利要求之一所述的功率模块，其中至少一个印制导线结构（110）包括平坦的印制导线。3.根据上述权利要求之一所述的功率模块，其中扁平部分构成所述印制导线结构（110）的体积的至少50%、优选地至少80%而且理想地至少90%。4.根据上述权利要求之一所述的功率模块，所述功率模块具有冷却体（20），所述冷却体至少部分地增材制造。5.根据上述权利要求之一所述的功率模块，其中一个或多个组成部分借助于3D打印、优选地立体光刻和/或选择性激光烧结和/或等离子打印和/或喷墨打印来增材制造。6.根据上述权利要求之一所述的功率模块，所述功率模块具有至少一个衬底、尤其是用陶瓷形成的衬底。7.根据上述权利要求之一所述的功率模块，其中冷却体（20）附着到至少一个衬底上和/或形成所述衬底。8.根据上述权利要求之一所述的功率模块，其中冷却体（20）和/或衬底和/或所述印制导线结构（...

【专利技术属性】
技术研发人员：K魏德纳，S吉弗尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE