电子电力模块，和用于制造所述模块的方法技术

所述电子电力模块（10）包括：堆叠结构（14），包括金属层，所述金属层形成电路（26）和意图用于支撑电子电力部件（18），诸如半导体；金属本体，形成热排放件（20）；和介电材料层（22），形成电绝缘件并插入在电路（26）和热排放件（20）之间。堆叠结构（14）包括具有装填有碳的金属基体的复合材料本体（24）。碳装填物处于20和60之间的体积百分比。所述复合本体（24）插入在电路（26）的区域和电绝缘件（22）之间，所述区域意图用于支撑电子电力部件（18）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电カ电子模块的领域，特别是用于机动车辆。
技术介绍
电カ电子模块，诸如DBC (直接敷铜(Direct Bound Copper)的缩写)，已从现有技术已知。该类型的模块包括形成电路的金属层，至少ー个电子电力部件(诸如半导体)固定到所述金属层上。该模块还包括形成热沉的金属质量件，一般由铜或铝制成，允许部件在操 作中产生的热量被消散。在电路和热沉(两者均由金属制成)之间，插置有介电陶瓷材料层，形成电绝缘件。常规地，当部件产生的热流非常高时和当传统印刷电路的可靠性由于热流不再能以令人满意的方式消散而不再令人满意吋，使用这些模块。在DBC模块中，铜薄膜直接沉积到陶瓷基板上；铜由于其优秀的导电性而被使用。该基板起电绝缘件的作用，以便避免电路和热沉之间的任何短路。在陶瓷基板的ー个面上，铜层形成电路，电カ电子部件直接钎焊到所述电路上；在另一面上，铜层允许基板被铜焊到热沉上。热沉一般由铜制成，铜具有高导热率(IOOWm-1K-1),该导热率允许高效热消散。用于陶瓷基板的最常用材料是氧化铝和氮化铝。除了其作为电绝缘件的作用，该基板必须允许热量从电カ电子部件传递到热沉，同时具有接近所述部件热膨胀系数的热膨胀系数。这允许在部件-电绝缘件界面处由每ー个操作周期(温度増加和降低)引起的热机械应カ导致的部件退化被避免。为了克服基板的热膨胀系数(对于氮化铝4. 10- -1)和热沉的热膨胀系数(17. 10- -1)的值之间的差异带来的缺陷，陶瓷基板通过应用形成接头的铜焊质量件而被铜焊到热沉上；该接头还用于将热量从部件传递到热沉。在这样的电カ电子模块中，热机械应カ集中在铜焊接头，这是由于形成基板的氮化铝和形成热沉的铜的热膨胀系数中的差异。在使用电カ电子模块期间，这些热机械应カ在铜焊接头处引起机械疲劳，这可以导致其局部脱离结合。热量在部件和热沉之间的传递可以不再以最优的方式运行，并且于是存在部件的退化和过热的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的特别是提供ー种模块，具有对形成该模块的元件的热膨胀系数之间的差异产生的热机械应カ的最佳抵抗。为此，本专利技术的ー个主题是电カ电子模块，其包括堆叠结构，该堆叠结构包括-金属层，形成电路，设计为承载电カ电子部件，诸如半导体，-金属质量件，形成热沉，和-介电材料层，形成插置在电路和热沉之间的电绝缘件，其特征在于，所述堆叠结构包括具有装填有碳的金属基体的复合材料制成的质量件，碳装填物在体积上处于20%至60%的范围内，该复合质量件插置在一方面设计为承载电力电子部件的电路的区域和另一方面电绝缘件之间。由于本专利技术，可以有利地制造具有易于实施的简单结构的电力电子模块。观察到，不必再在元件之间形成铜焊接头来确保热量从部件传递到热沉。因此，消除了重复的热机械应力以及由此导致的疲劳。本专利技术的另一优势是，一方面，在电绝缘件和包括由复合材料制成的质量件的电路之间的界面处，另一方面，在电绝缘件和热沉之间的界面处没有热机械应力的传递。本专利技术的又一优势在于，由复合材料制成的质量件，其代替DBC模块的陶瓷基板，具有比氮化铝更高的导热率。其直接在部件之下的定位因此确保了热流经由介电材料层到 热沉的最优传递。在适当情况下，热量的一部分还可以通过从复合质量件侧向地流动到电路以及随后从电路经由介电材料层流动到热沉而消散，这允许部件和直接在部件之下的电路的温度的增加受限。而且，部件和用复合材料制成的质量件之间的热膨胀系数的差异非常小。该复合材料质量件因此防止热机械应力在电路和电力电子部件之间的界面处发展。碳装填物在体积上为20%之下，导热率没有增加，并且复合材料的质量件和电力电子部件的热膨胀系数值的差异产生热机械应力。碳装填物在体积上超过60%，遇到碳被金属可润湿能力的问题。于是难以获得均质的复合材料质量件。根据本专利技术的模块可以还包括一个或多个以下可选特征-金属基体主要包括铜或铝，碳装填物包括短石墨纤维(优选地具有小于30y m的长度)、石墨烯、或片状石墨。-介电材料层包括硅树脂和潜在地包括装填物，所述装填物改进其导热率。-模块包括用于将堆叠结构的元件夹持在一起的装置。-模块包括壳体，所述壳体容置至少一部分电路，该壳体至少部分地被堆叠结构和壳体本体形成，夹持装置参与至少一个壳体本体部分与堆叠结构的刚性组装。短石墨纤维的使用允许复合材料质量件的特性的各向异性受到限制。此外，成形制造操作是便利的。本专利技术的另一主题是用于制造电力电子模块的方法，其特征在于，所述模块根据本专利技术，所述方法包括以下步骤-形成子组件，包括 设计为形成电路的金属层；和 由复合材料制成的质量件，和-通过堆叠堆叠结构子组件、介电材料层和热沉形成堆叠结构，使得复合材料插置在一方面设计为承载电力电子部件的电路的区域和另一方面电绝缘件之间。根据本专利技术的方法形成的堆叠结构子组件可以容易地进行-切割、钻孔或折叠以形成电路，和-与介电材料层和热沉进行组装。这样的子组件易于制造，不形成有现有技术的陶瓷基板。根据本专利技术的方法可以还包括一个或多个以下可选特征a)根据本方法的一个实施例-堆叠结构子组件通过实施以下步骤形成 形成至少一个预形成的碳质量件 将该预形成的质量件放置在模具中， 将第一量的液态金属引入到模具中，使得该液态金属覆盖所有预形成的质量件，和 将压力施加到该第一量的液态金属，优选地处于30MPa至40MPa的范围内，使得液态金属浸溃预形成的碳质量件，被浸溃的预形成的质量件形成复合质量件，且第一量的金属的剩余部分至少部分地形成设计为形成电路的金属层；-在第一量的液态金属弓I入和加压之后，第二量的液态金属被弓I入到模具中，设计为使第一量的金属补足，以便形成设计为形成电路的金属层；-预形成的碳质量件通过实施以下步骤形成 在无纺碳纤维板中切割给定尺寸的带状物， 所述带状物被一个堆叠在另一个顶部上，和 将带状物的堆叠结构加热到允许带状物将其自身聚集在一起的温度。b)根据本方法的另一实施例-复合质量件(24)通过实施以下步骤形成 将粉末状金属与碳装填物混合， 将该混合物层沉积到模具中，和 混合物被如下烧结通过将其加热到处于400°C至1100°C的范围内的温度，优选地处于400°C至900°C的范围内，并且以IOMPa至80MPa的范围内的压力将其压紧，该压力优选地处于50MPa至80MPa的范围内；-在适当情况下，堆叠结构子组件(14A)通过将复合质量件(24)与设计为形成电路(26)的金属层共同层叠而形成；-作为变体 将混合物层沉积到导电金属箔上，和 两层被烧结在一起，使得在烧结后，获得堆叠结构子组件，在所述堆叠结构子组件中，混合物层形成复合质量件，金属箔形成设计为形成电路的金属层。附图说明在阅读以下仅作为示例和参考附图给出的描述将更好地理解本专利技术，在附图中，图I和2是根据本专利技术的电力电子模块的第一和第二实施例的各自的示意性横截面图。具体实施例方式图I示出根据本专利技术的第一实施例的电力电子模块10。该模块10包括大致扁平形状的壳体12。壳体12的壁至少部分地由元件的堆叠结构14和本体16形成。考虑到图I所示的示例，可以看到堆叠结构14形成壳体12的下表面。此外，本体、16包括形成壳体12的上表面的平面侧16A、用于隔开并支撑平面侧16A和堆叠结构14的周边侧壁16B、和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.07 FR 09570011.ー种电カ电子模块(10)，包 括堆叠结构(14)，所述堆叠结构包括 -金属层，形成电路(26)，设计为承载电カ电子部件(18)，诸如半导体， -金属质量件，形成热沉(20)，和 -介电材料层(22)，形成插置在电路(26)和热沉(20)之间的电绝缘件， 其特征在于，所述堆叠结构(14)包括具有装填有碳的金属基体的复合材料制成的质量件(24)，碳装填物在体积上处于20%至60%的范围内，该复合质量件(24)插置在一方面设计用于承载电カ电子部件(18)的电路(26)的区域和另一方面电绝缘件(22)之间。2.如权利要求I所述的模块(10)，其中，金属基体主要包括铜或铝，碳装填物包括短石墨纤维、石墨烯、或片状石墨，短石墨纤维优选地具有小于30iim的长度。3.如前述权利要求中的任一项所述的模块(10)，其中，介电材料层(22)包括硅树脂和潜在地包括装填物，所述装填物改进其导热率。4.如前述权利要求中的任一项所述的模块(10)，包括用于将堆叠结构(14)的元件(20、22、24、26)夹持在一起的装置(32)。5.如权利要求4所述的模块(10)，包括壳体(12)，所述壳体(12)容置至少一部分电路(26)，该壳体(12)至少部分地被堆叠结构(14)和壳体本体(16)形成，夹持装置(32)參与至少ー个壳体本体部分(16)与堆叠结构(14)的刚性组装。6.一种用于电カ电子模块(10)的制造的方法,其特征在于,所述模块为如权利要求I至5中的任一项所述的模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM莫雷尔，KL坦，L维维特，S迪梅利，S托姆林，H洛林，
申请(专利权)人：法雷奥伊图德斯电子公司，
类型：发明
国别省市：