电子模块、用于制造电子模块的方法和工业设备技术

电子模块尤其是功率模块并且具有电路载体，所述电路载体具有至少一个导电的厚膜，所述厚膜具有至少0.5毫米、优选至少2毫米并且理想地至少4毫米的至少一个厚度。导电的厚膜具有多个相互连接的导电性元件，所述导电性元件借助导电性材料相互连接。工业设备具有控制装置，尤其用于控制优选所述工业设备的马达和/或发电机。按照本发明专利技术的工业设备的控制装置包括至少一个这种电子模块。括至少一个这种电子模块。括至少一个这种电子模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电子模块、用于制造电子模块的方法和工业设备
[0001]本专利技术涉及一种电子模块、用于制造电子模块的方法和工业设备。
[0002]具有马达或者发电机的工业设备通常包括用于控制马达或者发电机的控制装置。这种控制装置通常具有形式为功率模块的电子模块，所述电子模块包含这种控制装置的控制电子器件的一部分。
[0003]在这种电子模块中，通常将半导体元件例如IGBT或者MOSFET或者FJET或者二极管或者具有一个或多个前述构件的半导体芯片施加在有机的或者陶瓷的电路载体上，例如施加在形式为PCB(印制电路板，英语：“Printed Circuit Boards”)或者DBC基板(直接敷铜法，英语：“direct copper bonded”)或者AMB基板(活性金属钎焊，英语：“active metal brazed”)的电路载体上。
[0004]半导体元件通过例如由铜和/或铝形成的导体电路相互电连接。然而，导体电路的热膨胀系数和电路载体材料的热膨胀系数通常相差多个数量级。因此，热负荷变化在导体电路与电路载体之间的分界层中引起较高的机械应力，从而产生分层或者贝壳状断裂。因此，功率模块中的导体电路通常具有不超过最大0.8mm的导体电路厚度。
[0005]作为备选，已知具有特别的吸收力的绝缘材料(聚酰亚胺)的厚铜基板或者低膨胀材料(掺有陶瓷颗粒的环氧树脂)，因此也可以实现大于2毫米的铜厚度。借助这种具有所述铜厚度的厚铜基板能够实现较高的热传播并且因此实现相对于负荷变化的较高稳固性或者说鲁棒性。
[0006]为了实现金属结构化，铣削或者腐蚀(或者说蚀刻)金属。然而，这是耗时并且贵的。
[0007]因此在腐蚀时，借助能够光结构化的漆或者膜将厚铜基板结构化。在此，腐蚀介质可以只在漆或者膜的敞开部位处侵蚀并且腐蚀厚铜。然而不利的是用于腐蚀几毫米的金属的数分钟至数小时的较长的腐蚀时间。此外，产生腐蚀凹部(或者说底切)，它们在运行中可能导致局部的电势提高并且由此导致电击穿。因此，对于大于一毫米的非常厚的金属层，腐蚀不能获益。此外，在湿化学腐蚀中，只能耗费地确保所需的安全性。
[0008]为了加速腐蚀时间并且另一方面避免腐蚀凹部，可以借助铣削实现预结构化：例如借助铣削从两毫米厚的待去除的铜层中去除1.9毫米并且借助腐蚀只去除剩余的0.1mm。然而，使用不同的工艺方法来制造基板意味着延长的制造时间，所述制造时间由于在铣削之后附加地需要的清洁步骤、例如用于去除油或者颗粒而进一步地延长。
[0009]因此本专利技术所要解决的技术问题在于，给出具有厚膜基板的改善的电子模块，它们尤其能够简单和成本低廉地制造并且优选能够关于结构化简单地适配。本专利技术所要解决的技术问题还在于，给出用于制造这种电子模块的改善的方法。此外，本专利技术所要解决的技术问题在于，给出具有至少一个这种电子模块的改善的工业设备。
[0010]本专利技术的该技术问题通过具有在权利要求1中给出的特征的电子模块并且通过用于制造这种电子模块的具有在权利要求10中给出的特征的方法以及通过具有在权利要求12中给出的特征的工业设备解决。本专利技术的优选的扩展设计在从属权利要求、以下的说明和附图中给出。
[0011]按照本专利技术的电子模块尤其是功率模块并且具有电路载体，所述电路载体具有至少一个导热的厚膜(或者说厚层)，所述厚膜具有至少0.5毫米、优选至少2毫米并且理想地至少4毫米的至少一个厚度。所述导热的厚膜按照本专利技术具有多个相互连接的导热性元件，所述导热性元件借助导热性材料相互连接、优选材料接合式地相互连接。
[0012]按照本专利技术的电子模块的具有至少0.5毫米的厚度的厚膜允许实现放热的电构件、尤其是功率构件的高效排热。由于所述厚膜的厚度，能够实现横向的导热性并且因此实现较高的热传播。借助导热性元件实现厚膜有利地允许实现电子模块的厚膜的特别灵活的结构。与通过腐蚀技术制造的厚膜不同，按照本专利技术的电子模块的厚膜能够无凹部地制造。
[0013]按照本专利技术，导热性元件理解为这样的元件，其材料在正常压力和室温中具有至少1W/mK、优选至少8W/mK并且理想地至少15W/mK的导热性或者说热导率。按照本专利技术，导热性材料理解为这样的材料，其在正常压力和室压力中具有至少1W/mK、优选至少8W/mK并且理想地至少15W/mK的导热性。
[0014]此外，导热性元件在按照本专利技术的电子模块中理想地是导电性元件。导热性材料优选是导电性材料。按照本专利技术，元件或者材料在以下情况下理解为导电性的，即导电性(或者说导电率)在正常压力和室温中为至少104S/m、优选至少105S/m并且理想地至少106S/m。在很多材料中，较高的导热性伴随着较高的导电性，因此较高的导电性通常引起较高的导热性。
[0015]在按照本专利技术的功率模块中，导热性元件之间的热量路径有利地通过导热性材料闭合。业已证明，尤其在导电性元件由铜制成的情况下并且尤其在导热性元件之间的导热性材料的厚度为20μm并且优选导热性材料的导热性为40W/mK时，电路载体具有与以相同方式设计尺寸并且由唯一的块制成的厚膜几乎相同的总热量特性。
[0016]优选地，在按照本专利技术的电子模块中，所述导热性元件借助形式为粘接剂和/或焊料的导热性材料相互连接，和/或传导性元件借助烧结连接相互连接。借助之前提到的备选方案，可以简单并且成本低廉地实现导热性元件的材料接合式的连接。
[0017]在按照本专利技术的电子模块中，所述导热性材料优选具有至少20mW/mK、优选至少30W/mK并且理想地至少35W/mK的导热性。通过这种导热性，由这种导热性材料形成的厚膜在尤其是形式为金属元件的导热性元件的情况下具有与以相同方式设计尺寸并且由唯一的块制成的厚膜类似的热传播特性。
[0018]在按照本专利技术的电子模块中，所述导热性材料具有最大100微米、优选最大50微米、理想地最大30微米的厚度。
[0019]在本专利技术的一种有利的扩展设计中，在电子模块中，所述厚膜具有表面并且所述导热性元件不平坦地、优选阶梯式和/或结构化地形成所述表面。以此方式，可以在布置导热性元件时已经考虑到电路载体承载的电路的要求。以此方式，可以取消对厚膜的事后的耗费的减材加工，因为在制造厚膜本身时已经考虑到空间上的要求。
[0020]适宜地在按照本专利技术的电子模块中，所述导热性元件通过不同于所述导电性材料的材料形成。以此方式在按照本专利技术的电子模块中，厚膜就其材料而言异质地设计。以这种方式，例如可以在特别好的材料接合式的连接特性方面、在工艺技术的可操作性或者工艺灵活性或者工艺精度方面选择导电性材料，而例如只在热学特性方面或者在材料成本方面选择优选形成所述厚膜的大部分体积份额的元件。
[0021]在按照本专利技术的电子模块中，所述导热性元件优选通过金属、尤其是铜和/或铝和/或钼，和/或非金属、尤其是导热性的聚合物形成。这种导热性元件可以成本低廉并且容易地制造，从而可以简单且廉价地制造按照本专利技术的电子模块。
[0022]在按照本专利技术的电子模块的有利的扩展设计中，导热性元件分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电子模块、尤其是功率模块，具有电路载体，所述电路载体具有至少一个导电的厚膜(20)，所述导电的厚膜具有至少0.5毫米、优选至少2毫米并且理想地至少4毫米的至少一个厚度，所述导电的厚膜具有多个相互连接的导热性元件(60)，所述导热性元件借助导热性材料(70)、尤其是材料接合式地相互连接，并且其中，导热性元件(60)具有基面(80)，所述基面具有三重和/或四重和/或六重的旋转对称性。2.按前述权利要求所述的电子模块，其中，所述导热性元件(60)相互连接，方式为所述导热性元件借助焊料(70)和/或借助粘接剂和/或借助烧结连接相互连接。3.按前述权利要求之一所述的电子模块，其中，所述导热性材料(70)具有至少20mW/mK、优选至少30W/mK、理想地至少35W/mK的导热性。4.按前述权利要求之一所述的电子模块，其中，所述导热性材料(70)具有最大100微米、优选最大50微米、理想地最大30微米的厚度。5.按前述权利要求之一所述的电子模块，其中，所述厚膜(20)具有表面并且所述导热性元件(60)不平坦地、优选阶梯...

【专利技术属性】
技术研发人员：H鲍埃雷格，A多纳特，A冈斯特，F兰布雷希特，M拉什，S斯特格梅尔，E维斯布罗德，J扎普夫，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：