功率电子模块用导电金属框架及相关制造方法技术

一种用于功率电子模块的导电金属框架，包括至少第一和第二功率半导体元件，每个元件具有上表面和下表面，用于将这些功率半导体元件连接到外部电路的连接器(12)，以及用于通过所述导电金属框架排出所述功率半导体元件产生的热流的至少一个散热器(14)，所述导电金属框架的特征在于，所述连接器、所述至少一个散热器和所述导电金属框架(10A、10B)形成由单一材料制成的单一三维元件，所述第一和第二功率半导体元件拟通过其下表面连接在所述单一三维元件上，特征还在于，其还包括中心折叠线(10C)，一旦所述导电金属框架在其自身上折叠，所述导电金属框架包围所述第一和第二功率半导体元件，提供双面冷却组件。提供双面冷却组件。提供双面冷却组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率电子模块用导电金属框架及相关制造方法


[0001]本专利技术涉及功率转换的一般领域，特别是在热限制以及质量和体积限制可能很严格的航空航天领域，并且具体地涉及一种功率电子模块用导电金属框架(引线框架)，其包含转换器并且是航空器上推进系统和非推进系统电气化所需的，以便将主网络的功率(115V AC、230V AC、540V DC...)转换成各种适当形式(AC/DC、DC/AC、AC/AC和DC/DC)。

技术介绍

[0002]图7示出了传统的半导体功率级60，包括串联安装在电源电压Vcc+和Vcc
‑
之间的两个MOSFET类型的晶体管62、64。这种可与去耦电容器66和电流分流器68组合的级通常以常规功率电子模块的形式产生，图8示意性地示出了形成该模块70的不同材料层的叠加，包括：
[0003]第一和第二功率半导体元件72(热源)，
[0004]第一金属互连界面74(焊接或烧结密封，填充粘合剂)，用于将功率半导体元件连接到衬底上，
[0005]衬底，通常由两块金属板76a、76b之间的电绝缘陶瓷76构成，使用各种技术(直接接合铜
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DBC、活性金属钎焊
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AMB、直接接合铝
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DBA)制造，并且可以在上部金属元件上产生互连(将半导体彼此连接并与外部电路连接)，以及通过下部金属元件与基板的连接，
[0006]焊接密封件78，通常用作将衬底(substrate)连接至基板(baseplate)的第二互连界面，
>[0007]导电金属框架，其形成基板80，通常由铜、铝或铝/碳化硅复合材料制成，作用是分散热流并确保与冷却系统的机械连接，
[0008]热界面材料82，其可以降低基板和冷却系统之间的接触热阻，以更好地排出热流，这种热界面材料可以是刚性的(焊料、烧结接头等)或更一般地是柔性的(导热油脂、硅弹性体薄膜、相变材料等)，
[0009]冷却系统84，通常是翅片式空气冷却散热器，但也可以设想液体冷却系统，
[0010]提供不同元件之间内部连接的金属线86，和(通过焊料90)附接到基板的金属板76a以提供与外部电路的电接触的连接器88(外部连接)，
[0011]最后是盒子92，在塑料盒的情况下用作机械保护或在金属盒的情况下用作扩散和电磁屏蔽屏障，盒子中的空白由硅凝胶类型94的密封绝缘体填充。
[0012]然而，这种材料的堆叠有几个限制，特别是对于高温应用(>175℃)：第一个是最初由于热界面材料(在柔性材料的情况下)以及功率半导体和冷却剂(或在空气冷却的情况下与散热器翅片接触的空气)之间存在的九层材料而导致的高热阻(低热导率，大约2W/mK)，第二个与高温不稳定性有关，最初受热界面的工作温度(热润滑脂：150℃)限制，不适合在高温下使用，最后一个限制是由于不同材料的热膨胀系数之间的差异导致的热疲劳现象，组件的可靠性有限。更具体地说，如果使用刚性界面材料(焊接或烧结的情况)，这种疲劳是焊料中裂纹在大表面上，特别是在衬底和基板之间以及基板和散热器之间传播的源头。提
供良好界面的方法仍然很复杂，并且机械应力非常高，从而限制了其热机械可靠性。

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的是通过提供一种与传统模块相比需要减少制造步骤数量的功率电子模块来缓解上述缺点，为此，该功率电子模块包括三维金属框架，所述三维金属框架由单件加工而成，并且至少包括冷却器和与外部电路的连接。
[0014]这些目的通过一种用于功率电子模块的导电金属框架实现，所述功率电子模块包括至少第一和第二功率半导体元件，每个元件具有上表面和下表面，用于将这些功率半导体元件连接到外部电路的连接器，以及用于通过所述导电金属框架排出功率半导体元件产生的热流的至少一个散热器，所述导电金属框架的特征在于，所述连接器、所述至少一个散热器和所述导电金属框架形成由单一材料制成的单一三维元件，所述第一和第二功率半导体元件拟通过其下表面连接在所述单一三维元件的内表面上，特征还在于，所述导电金属框架还包括中心折叠线，一旦所述导电金属框架在其自身上折叠，所述导电金属框架包围所述第一和第二功率半导体元件，提供双面冷却组件。
[0015]因此，通过省去金属化陶瓷、用于粘合盒子的粘合密封件的不同成分聚合物、热界面材料和盒子本身，在选择能够承受所需温度的封装件的条件下，可以在温度大于200℃的情况下使用功率模块。
[0016]优选地，导电金属框架还可以包括金属梳，所述金属梳具有相互交错的翅片，用于在所述导电金属框架自身折叠后形成去耦电容器，或者一个或多个预定截面的金属叶片，用于形成电流分流器。
[0017]有利的是，它包括定位螺柱，一旦导电金属框架折叠在其自身上，定位螺柱将被容纳在定位孔中。
[0018]优选地，它在中心折叠线的水平处变薄。
[0019]有利地，导电金属框架的材料从以下材料中选择：铝、铜或金。
[0020]本专利技术还涉及包括前述导电金属框架的功率电子模块。
[0021]本专利技术还涉及一种用于制造功率电子模块的方法，所述功率电子模块包括至少第一和第二功率半导体元件，每个功率半导体元件具有上表面和下表面，用于将这些功率半导体元件连接到外部电路的连接器和用于通过所述导电金属框架排出所述功率半导体元件产生的热流的至少一个散热器，其特征在于，包括以下步骤：制造具有中心折叠线并包括多个几何结构的三维导电金属框架，每个几何结构包括预定功能，在所述三维导电金属框架的内表面的预定空间上沉积密封件，所述第一和第二功率半导体元件拟连接到所述三维导电金属框架上，将所述第一和第二功率半导体元件的下表面连接到所述三维导电金属框架的内表面的预定空间的一部分上，将所述三维导电金属框架沿所述中心折叠线折叠成两部分，将所述第一和第二功率半导体元件的上表面连接到所述三维导电金属框架的内表面的预定空间的另一部分上，以提供双面冷却组件，固化密封件并在由电绝缘材料形成的封装件中模制，并切割三维导电金属框架的不贡献任何电气、热或机械功能的部分，以获得功率电子模块。
[0022]有利地，三维导电金属框架通过机械加工或金属3D打印获得。
[0023]优选地，在沉积密封件的步骤之前是对三维导电金属框架的内表面进行电结合的
步骤。
附图说明
[0024]参考附图，通过下面给出的描述，本专利技术的其他特征和优点将变得更加明显，附图说明了本专利技术的非限制性示例性实施例，其中：
[0025]图1A是根据本专利技术的导电金属框架的第一示例性实施方式的透视俯视图，
[0026]图1B是根据本专利技术的导电金属框架的第一示例性实施方式的透视底视图，
[0027]图2A示出了包括图1A和1B的导电金属框架的功率模块的制造步骤，
[0028]图2B示出了包括图1A和1B的导电金属框架的功率模块的制造步骤，
[0029]图2C示出了包括图1A和1B的导电金属框架的功率模块的制造步骤，...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于功率电子模块的导电金属框架，所述功率电子模块包括至少第一和第二功率半导体元件，每个元件具有上表面和下表面，用于将这些功率半导体元件连接到外部电路的连接器，以及用于通过所述导电金属框架排出所述功率半导体元件产生的热流的至少一个散热器，所述导电金属框架的特征在于，所述连接器、所述至少一个散热器和所述导电金属框架形成由单一材料制成的单一三维元件，所述第一和第二功率半导体元件拟通过其下表面连接在所述单一三维元件的内表面上，特征还在于，所述导电金属框架还包括中心折叠线，一旦所述导电金属框架在其自身上折叠，所述导电金属框架包围所述第一和第二功率半导体元件，提供双面冷却组件。2.根据权利要求1所述的导电金属框架，其特征在于，其还包括金属梳，所述金属梳具有相互交错的翅片，用于在所述导电金属框架自身折叠后形成滤波电容器。3.根据权利要求1所述的导电金属框架，其特征在于，其还包括一个或多个确定截面的金属叶片，用于形成电流分流器。4.根据权利要求1所述的导电金属框架，其特征在于，其包括定位螺柱，一旦所述导电金属框架自身折叠，所述定位螺柱将被容纳在定位孔中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的导电金属框架，其特征在于，其在所述中心折叠线处被减薄。6.根据权利要求1至5中任一项所述的导电金属框架，其特征在于，所述导电金属框架的材料选自以下材料：铝、铜或金...

【专利技术属性】
技术研发人员：托尼，
申请(专利权)人：赛峰集团电子与防御，
类型：发明
国别省市：