带有用于馈电线的连接片的模块制造技术

本发明专利技术涉及一种模块(1)，其中经由馈电线施加大于1000V的电压和大于100A的电流，该模块具有电气绝缘的载体(2)，具有材料厚度大于0.3mm的连接装置(3)，该连接装置经由由第一端(23)和第二端(24)界定的金属化区域(4)与载体(2)连接，具有根据需要与连接装置(3)电气连接的电子组件(19、20)，以及具有冷却装置(14)。为了从外部经由连接装置（3）直接向模块输送电流并因此省去现有技术中惯用的接合过程及由此避免电流引线上的寄生电感，根据本发明专利技术提出，连接装置(3)在至少一个部位处突出超过金属化区域(4)的一端(23、24)，在该区域(9)中不与载体(2)固定并且具有接触装置(22)。体(2)固定并且具有接触装置(22)。体(2)固定并且具有接触装置(22)。

【技术实现步骤摘要】
带有用于馈电线的连接片的模块


[0001]本专利技术涉及功率电子设备领域中的一种可以控制大于1000V电压和大于100A电流的模块。所述模块至少包括：
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具有至少一个连接装置的电气绝缘载体，所述至少一个连接装置经由金属化区域与所述载体连接，其中所述连接装置优选地由铜形成并且具有大于0.3mm的材料厚度，
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布置在所述载体上并且与所述连接装置电气连接的电子组件，以控制所输送的功率，以及
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适合散热的冷却元件。

技术介绍

[0002]具有绝缘栅电极（IGBT）的双极晶体管是已知的，所述双极晶体管用作功率电子设备中的半导体部件。大于1000V的电压和大于100A的电流经由馈电线施加到这些IGBT模块上。
[0003]这些现有技术中已知的模块包括板状衬底，例如经过烧结的陶瓷，所述衬底具有正面和背面。为了冷却所述模块在所述背面上布置了金属冷却器。在所述衬底的正面上设置了由铜构成的金属化区域，其材料厚度在0.3mm和1.0mm之间。铜与所述模块外部存在的电流和电压源之间的连接是借助于所谓的接合线（Bonddr
ä
hte）进行的。为了保证可以将高的电压和电流传导到所述模块中，需要大量的接合线。这些接合线部分地布置成彼此之间的距离较小并且处于弯曲状态，以补偿温度波动。由此可能形成所谓的寄生电感。将所述金属化区域与所述衬底连接的已知方法是DCB（Direct copper bonded）“直接铜接合”或AMB（Active Metal Brazing）“活性金属钎焊”。
[0004]DCB方法是一种可以在1060℃至1065℃的高温范围内将铜与陶瓷衬底连接的连接技术。为此，将铜加热到接近其1085
°
C的熔点。在此，铜达到软化温度的范围，这会影响其在该过程步骤中的特性和尺寸稳定性。在DCB方法中，陶瓷和铜之间可能产生空腔，即所谓的气孔。这些空腔对热传递产生不利影响并促进部分放电，从安全角度来看，这可能意味着风险。DCB方法用于对尺寸为7.5"x5.5"的所谓主卡（Master
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Karte）进行金属化。主卡可以包括多个伸展较小的衬底，根据这些衬底的应用来分开这些衬底。利用DCB方法可以由铜和陶瓷来制造复合体。根据所使用的陶瓷，这些复合体适用于100到1000次负载变化。
[0005]AMB方法应理解为“活性金属钎焊”，即活性焊钎焊，例如金属与陶瓷的连接。在此，在真空或惰性气体气氛中借助于金属焊料合金将铜与诸如AlSiC的陶瓷连接。由于过程条件、真空或惰性气体气氛，AMB方法是一种成本密集型过程。尽管如此，它已经在冷却的功率模块的工业制造中确立了自己的地位，因为根据所使用的材料制造出适合多达5000次负载变化的复合体。

技术实现思路

[0006]本专利技术基于以下任务，即改进功率电子设备中的模块的性能，使得在大量负载变
化的情况下以紧凑的形式持久地确保无干扰的电子作用方式。
[0007]根据本专利技术，该任务通过具有权利要求1的特征的模块来解决。
[0008]根据本专利技术的模块具有载体，优选为陶瓷载体，连接装置布置在所述载体的第一平坦侧上。所述连接装置优选地由铜形成并且代表与外部电流源或电压源的连接。所述连接装置可以形成为线轨或汇流排（BUS
‑
Bar）的形式并且经由金属化区域与所述载体连接。根据本专利技术，所述连接装置伸展超过所述金属化区域和/或所述载体的几何尺度，即，该连接装置突出超过所述金属化区域和/或载体。换句话说，所述连接装置在至少一个部位处在侧向方向上突出超过所述载体和/或所述金属化区域。部位可以理解为位置和/或区域，例如侧面，和/或侧面的部分区域和/或外周的片段/区域。如果所述载体和/或所述金属化区域具有例如尺寸为LxBxH的长方体形式，则根据本专利技术，所述连接装置有区域或片段布置在该长方体之外。这意味着所述连接装置的第一端布置在所述载体和/或所述金属化区域的外部，而所述连接装置的第二端布置在所述载体和/或所述金属化区域的第一平坦侧的区域中。
[0009]所述连接装置借助于金属化部与所述载体材料适配地（stoffschl
ü
ssig）连接。为了保证所述载体和所述连接装置之间的牢固连接，已经令人惊讶地确定，所述连接装置仅在部分区域中借助于金属化部与所述载体连接就足够了。为了实现可靠的作用方式，所述连接装置的大约66%的基面积借助于金属化部与所述载体连接就足够了。这意味着所述连接装置的大约33%的基面积布置在所述载体、所述功率模块之外或所述金属化区域之外，并相对于所述载体和/或金属化区域形成突出部。换句话说，如果所述连接装置形成LxBxH的长方体形式，则当所述连接装置的由LxB得到的66%的基面积与所述载体连接时，连接装置和载体之间的牢固连接得到保证。合适的连接过程是AMB。在所述突出部的区域中，所述连接装置可以抵靠在所述载体上并在热膨胀的情况下在所述载体上滑动。
[0010]所述连接装置在其第一端处具有至少一个接触元件，所述电流源或电压源可以连接到该接触元件。所述接触元件可以形成为所述连接装置的延长部并且于是布置在与所述连接装置相同的平面中。由此用于固定馈电线的钎焊或焊接过程热远离载体地进行。由此减少了功率源的固定过程对所述模块的影响，理想情况下完全避免功率源的固定过程对所述模块的影响。
[0011]在替代的实施例中，所述接触元件可以与所述连接装置有角度地形成。接触元件和连接装置于是例如具有L形状。其他形状，例如U形状、T形状等也是可能的，这取决于电源和电压源的连接装置。
[0012]可以在所述连接装置的第一端和第二端之间设置膨胀装置形式的热释放区。至少一个膨胀装置可以布置在所述载体和/或所述金属化区域之外，优选地与所述载体和/或所述金属化区域直接相邻。所述膨胀装置补偿所述连接装置和所述载体和/或电子部件（例如芯片）下方的加热金属化部之间的热膨胀差异。由此，减小、优选地完全避免了由于放热而引起的功率模块的机械负荷。
[0013]所述膨胀装置可以是所述连接装置的集成部分并且可以被构造为例如弯曲或有角的片段、卷边、倒圆、弯曲等的形式。所述膨胀装置的横截面可以等于或小于所述连接装置的横截面。
[0014]在一种特殊的实施方式中，所述膨胀装置的横截面可以小于所述连接装置的横截
面。由此提高了所述膨胀装置的柔性。所述膨胀装置还可以具有一个或多个凹口。凹口可以形成为具有底部的开口的形式或通孔的形式。如果所述膨胀装置包括布置成一排的多个通孔，则所述膨胀装置被构造为穿孔的形式。
[0015]凹口或开口的形状可以任意形成，例如圆形或方形或矩形或这些形状的组合。所述连接装置可以在其与所述载体连接之前具有所述膨胀装置。
[0016]无论所述膨胀装置的形状如何，都可以在整个宽度上延伸，或者替代地仅在所述连接装置宽度的部分区域上延伸。所述膨胀装置的构造与功率馈送期间的放热适配。所述膨胀装置补偿了所述连接装置的伸展并因此增加了根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块(1)，其中经由馈电线施加大于1000V的电压和大于100A的电流，具有电气绝缘的载体(2)，具有材料厚度大于0.3mm的连接装置(3)，所述连接装置经由由第一端(23)和第二端(24)界定的金属化区域(4)与所述载体(2)连接，具有根据需要与所述连接装置(3)电气连接的电子组件(19、20)，以及具有冷却装置(14)，其中所述连接装置(3)，优选为铜，在至少一个部位处突出超过所述金属化区域(4)的一端(23、24)，并且在该区域(9)中不与所述载体(2)固定并且具有接触装置(22)，以及其中至少一个电子组件(20)经由金属化区域(4)与所述连接装置(3)连接。2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，所述连接装置(3)和所述至少一个电子组件(20)布置在所述载体(2)的第一平坦侧(5)上，并且所述冷却装置(14)布置在所述载体(2)的第二平坦侧(6)上。3.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于，所述载体(2)由侧面界定并且所述连接装置(3)突出超过所述载体(2)的至少一个侧面(7)。4.根据权利要求1至2中任一项所述的模块，其特征在于，所述连接装置（3）具有至少一个热释放区（15）。5.根据权利要求4所述的模块，其特征在于，所述至少一个热释放区(15)布置在所述载体(2)外部，优选地与所述载体（2）直接相邻。6.根据权利要求4和5中任一项所述的模块，其特征在于，所述至少一个热释放区(15)具有膨胀装置(16)。7.根据权利要求6所述的模块，其特征在于，所述膨胀装置(16)的横截面小于所述连接装置(3)的横截面。8.根据权利要求6或7所述的模块，其特征在于，所述膨胀装置(16)由开口或材料凹槽形成。9.根据权利要求1至8中任一项所述的模块，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：陶瓷技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：