用于消耗装置的可控电功率供应的具有被封装的功率半导体的功率模块及用于生产该功率模块的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于消耗装置的可控电功率供应的功率模块(1)，其中，该功率模块(1)包括：多个被封装的功率半导体(3)，每个被封装的功率半导体具有非电绝缘的散热表面(15)；印刷电路板(5)；散热器(7)；一个或多个绝缘板(50)，其中，印刷电路板(5)布置在功率半导体(3)的在正交方向上与散热器(7)相反的一侧，其中，绝缘板(50)布置在被封装的功率半导体(3)与散热器(7)的冷却表面(17)之间，其中，每个绝缘板(50)的一侧以形状配合的方式连接到被封装的功率半导体(3)的一个非电绝缘的散热表面(15)，并且另一侧以形状配合的方式连接到散热器(7)。本发明专利技术还涉及一种生产方法。本发明专利技术还涉及一种生产方法。本发明专利技术还涉及一种生产方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于消耗装置的可控电功率供应的具有被封装的功率半导体的功率模块及用于生产该功率模块的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于消耗装置的可控电功率供应的具有被封装的功率半导体的功率模块，并且涉及一种功率模块的生产方法。
[0002]功率模块用于以可控的方式向消耗装置(诸如以电动马达为例)供应消耗装置操作所需的功率。这种类型的功率模块有时也被称为逆变器、变压器或AC转换器。
[0003]例如，功率模块可以用于在车辆中以受控的方式从电池向用作驱动器的电动马达提供电功率。在这种情况下，可控功率供应的范围可以从几千瓦到几百千瓦。
[0004]为此目的，功率模块通常具有功率半导体部件(在下文中简称为“功率半导体”)，例如呈由控制电路控制的IGBT(绝缘栅双极晶体管)、SiC(具有碳化硅MOSFET的功率模块)或功率MOSFET的形式。
[0005]在传统的功率模块的情况下，IGBT或SiC芯片被施加(即，例如焊接或烧结)到所谓的DCB(直接铜键合)(即，能够经由铜实现电子部件和芯片的紧密电和热连接的结构)上。然后，可以将DCB烧结或焊接到例如具有冷却结构的铜板上。然后，可以以介质密封的方式模制整个结构。
[0006]替代性地，在传统的功率模块的情况下，IGBT部件经由所谓的热界面材料(诸如以箔或导热膏为例)安装在散热器上。替代性地，这种类型的部件的电绝缘壳体可以被直接焊接或烧结到散热器上。在这种情况下，例如通过焊接到冲压栅格上或通过经由通孔技术将部件焊接到印刷电路板来发生电连接。
[0007]在尚未预先公布的德国专利申请DE 10 2019 206 523.6中，描述了一种功率模块，其中，被封装的功率半导体的散热表面(也称为“裸露焊盘”)施加到散热器。在这种情况下的一个缺点是，必须先使被封装的功率半导体的散热表面电绝缘，然后才能以热方式将其散热表面连接到散热器。这种电绝缘通常在功率半导体内部以电路
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电气的方式(circuit
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electrically)进行，由此功率半导体的结构是复杂的并且因此是昂贵的。
[0008]因此，本专利技术的目的是指定一种具有非电绝缘的功率半导体的替代性功率模块。另一个目的是指定一种这种类型的功率模块的生产方法。
[0009]这些目的可以通过独立权利要求的主题来实现。本专利技术的另外的实施例在从属权利要求和以下描述中阐述。
[0010]本专利技术的一个方面涉及一种用于消耗装置的可控电功率供应的功率模块。在这种情况下，该功率模块具有：多个被封装的功率半导体，该多个被封装的功率半导体每个具有非电绝缘的散热表面；印刷电路板；散热器；以及一个或多个绝缘板。印刷电路板布置在功率半导体的在正交方向上与散热器相反的一侧。绝缘板布置在被封装的功率半导体与散热器的冷却表面之间。每个绝缘板的一侧以形状配合的方式连接到被封装的功率半导体的相应的非电绝缘的散热表面，并且另一侧以形状配合的方式连接到散热器。
[0011]当然，多个被封装的功率半导体的散热表面也可以连接到共用的绝缘板。
[0012]由于在功率半导体的情况下，传导的电功率的一部分总是以损耗的形式导致功率半导体发热，因此如先前已经描述的被封装的功率半导体在外侧上具有散热表面。这种类
型的散热表面有时也被称为“裸露焊盘”。该散热表面可以被设计为层或板、集成在被封装的功率半导体中并且裸露在表面上、由导热良好的材料(诸如以金属为例，特别是铜)制成。在本专利技术中，这些散热表面不是电绝缘的。
[0013]在这里针对功率模块描述的总体设计概念中，被封装的功率半导体中的每个被封装的功率半导体均以热方式经由绝缘板连接到散热器的冷却表面。为此目的，功率半导体的散热表面接触绝缘板，该绝缘板进而以导热良好的方式接触散热器的冷却表面。在这种情况下，绝缘板可以由陶瓷制成，并且在面向功率半导体的一侧上具有金属化物，并且同样在面向散热器的一侧上具有金属化物。在这种情况下，功率半导体以形状配合的方式(例如通过焊接、烧结、胶合)施加到绝缘板的一侧。此外，绝缘板的另一侧例如通过焊接、烧结、胶合施加到散热器。
[0014]这使得可以一方面实现功率半导体的散热表面与绝缘板之间的最佳形状配合连接，另一方面实现绝缘板与散热器之间的最佳形状配合连接。结果是，在功率半导体的散热表面与散热器之间实现电绝缘，同时具有最佳热连接。
[0015]为了能够从功率半导体排放热量，如前所述，功率模块具有散热器。该散热器可以是金属板，例如，特别是铜板。可选地，散热器可以具有集成的冷却结构，诸如以冷却片为例。散热器可以以被动方式被冷却，例如通过与环境介质进行辐射交换和/或热交换。替代性地，散热器可以以主动方式被冷却，例如通过使冷却介质流过散热器。
[0016]在这里提出的概念中，功率模块的印刷电路板布置在功率半导体的在正交方向上与布置散热器的一侧相反的一侧。换言之，例如，散热器可以布置在功率半导体的下方，而印刷电路板则布置在功率半导体的上方。在这种情况下，印刷电路板可以覆盖功率模块的功率半导体被布置在其中的整个区域，或者甚至可以横向地(即，横向于正交方向)延伸超过该区域。
[0017]然后，功率半导体的连接元件将电接触印刷电路板，以便能够例如经由印刷电路板接收电信号和/或电功率。为此目的，在第一变体中，在印刷电路板上在指向功率半导体的表面上设置有连接表面，这些连接表面是导电的并且例如由金属构成。
[0018]例如，连接元件可以在印刷电路板的面向散热器的一侧电连接到连接表面。在这种情况下，平行于印刷电路板延伸的连接元件可以附接到印刷电路板的连接表面，然后可以例如通过钎焊或焊接电连接到这些连接表面。特别地，被称为裂头焊接(split head soldering)的方法可以用于此目的，在这种情况下，连接元件被压靠在连接表面上，然后使电流传导通过它们，借助于该电流产生热量以熔化焊料。
[0019]在本专利技术的另一个变体中，印刷电路板具有通孔。这些通孔(也称为过孔或通路孔)具有金属化物，并且在这种情况下用作与功率半导体的连接元件接触的连接表面(通孔技术)。然后，例如将连接元件焊接到通孔中。
[0020]根据一个实施例，功率模块可以进一步具有密封剂，该密封剂覆盖被封装的功率半导体、和印刷电路板的至少部分区域两者，以抵御环境。
[0021]根据操作条件，可能需要封装功率模块的部件以抵御环境，从而保护这些部件，例如防止与周围的流体介质或污染物(诸如以金属刨花为例)接触。例如，应当避免液体(诸如以水为例)与功率模块的部件接触，例如以避免电短路和/或腐蚀。特别是在功率模块用在非常侵蚀性的介质内(诸如在充满侵蚀性油的齿轮箱内)的应用的情况下，功率模块的部件
应被紧密地包装或封装。
[0022]为此目的，功率模块可以具有密封剂，该密封剂覆盖被封装的功率半导体、和印刷电路板的至少部分区域两者，以抵御环境。该密封剂可以由例如可以以液体或粘性形式使用并且随后可以固化的材料构成。例如，密封剂可以由塑料材料形成，特别是热固性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于消耗装置的可控电功率供应的功率模块(1)，其中，所述功率模块(1)具有：
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多个被封装的功率半导体(3)，所述多个被封装的功率半导体每个具有非电绝缘的散热表面(15)，
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印刷电路板(5)，
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散热器(7)，
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一个或多个绝缘板(50)，其中，所述印刷电路板(5)布置在所述功率半导体(3)的在正交方向上与所述散热器(7)相反的一侧，其中，所述绝缘板(50)布置在所述被封装的功率半导体(3)与所述散热器(7)的冷却表面(17)之间，其中，每个绝缘板(50)的一侧以形状配合的方式连接到被封装的功率半导体(3)的相应的非电绝缘的散热表面(15)，并且另一侧以形状配合的方式连接到所述散热器(7)。2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘板分别在面向所述被封装的功率半导体(3)的一侧上和面向所述散热器(7)的冷却表面(17)的一侧上具有导电金属化物(51)。3.如权利要求1和2之一所述的功率模块，其特征在于，所述绝缘板由陶瓷制成。4.如权利要求1和3之一所述的功率模块，其特征在于，连接元件(23)平行于所述印刷电路板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：采埃孚股份公司，
类型：发明
国别省市：