【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于具有借助一个烧结工艺制造的具有冷却体的功率模块的方法以及这种功率模块。
技术介绍
1、具有功率半导体的功率模块尤其使用在能量转换器，如逆变器和/或转换器和/或功率开关和/或例如在电动车辆中的马达控制单元中。
2、在功率模块运行期间，例如在能量转换时，例如在逆变器和/或转换器中会出现高温，尤其超过230℃，甚至可能短暂超过400℃的高温以及高热机械负载和例如高损耗功率。
3、因此，为了避免过热，经常对功率模块进行冷却。冷却装置附接尤其通过钎焊连接实现。然而，在使用钎焊连接时，功率模块的工作温度可能会受钎焊连接的熔化温度限制。典型的软焊料例如一般具有在210℃至260℃之间的熔化温度，其中，含铅量高的焊料可以具有高达约300℃的熔化温度。此外，钎焊连接仅能够有限地受热机械负荷。此外，钎焊连接一般具有较低的导热系数，典型地在25℃时约为50w/mk，和/或必须形成相对较大的层厚度，典型地在200μm至300μm的范围内，以便充分满足使用寿命要求。
4、文献de 10 2014 221 142 a1涉及一种具有烧结附接的模块。
技术实现思路
1、本专利技术的主题是一种用于借助一个烧结工艺制造具有冷却体的功率模块的方法，所述功率模块例如用于逆变器和/或转换器和/或功率开关和/或例如用于例如电驱动车辆的马达控制单元。
2、在该方法中，尤其是借助烧结压模将确定的烧结压力，例如在确定的烧结温度下和/或对于确定的烧结时间段施加到由
3、烧结连接尤其可以理解为通过烧结金属颗粒，例如银和/或铜颗粒，例如在较高温度下，尤其是低于熔化温度和例如在较高压力下，例如在5mpa至30mpa的范围内，优选地在10mpa或15mpa至25mpa的范围内能够形成的或者形成的连接。
4、通过该方法能够以简单的方式烧结出烧结连接层并且将冷却体通过烧结连接层附接到电路载体上。
5、因为烧结连接层比钎焊连接具有明显更高的烧结温度，例如银烧结连接部具有约962℃的熔点或铜烧结连接部甚至具有约1085℃的熔点，所以通过例如代替钎焊连接层使用烧结连接层的方式可以有利地实现冷却体的即使在高温和/或在高热机械负载下也耐脱落地附接到电路载体上并且以这种方式可以进一步提高功率模块的功率密度和/或使用寿命和/或运行可靠性，尤其即使在高温时和/或高热机械负载下。此外，烧结连接还可以有利地具有相对较高的热导性，例如在室温下>100w/mk的数量级并且可以以约10至100μm的层厚度实现。因此，通过烧结连接层有利地不但可以实现冷却体到电路载体上的电附接，而且有利地实现冷却体到电路载体上的热附接，并且以这种方式例如加热或冷却电路载体上的功率模块。此外，构造和连接技术因此可以有利地在具有高温的短暂特殊运行状态下，例如在短路情况下被保护。有利地，因此必要时也可以取消成本高昂的和/或用于限制温度和/或减小温度负载的限制构造和/或连接技术的措施，例如以通过提高激活的半导体面减小电阻的方式。因此，通过使用烧结连接用于将冷却体附接到电路载体上可以有利地很大程度上消除钎焊连接的开头所阐述的所有限制。
6、通过烧结压模可以有利地引入烧结压力，用于实现高导热性和高负载能力。
7、总体上，通过所述方法制造如下功率模块，该功率模块即使在高温，例如超过230℃和/或在高热机械负载下也具有冷却体到电路载体上的抗脱落的热附接和从而具有可靠的冷却并且以这种方式也具有提高的功率密度和/或使用寿命和/或运行可靠性。
8、在一个实施方式的范畴内，在通过烧结压模施加烧结压力之前，功率模块部件施加或已经施加到电路载体上。功率模块部件例如可以是至少一个功率半导体和/或至少一个电接触元件，例如至少一个键合导线，例如由铝制成，和/或至少一个尤其是扁平的电覆盖接触元件，例如由铜和/或银制成，和/或至少一个浇注材料和/或至少一个另外的烧结连接层，例如用于至少一个功率半导体和/或至少一个电接触元件的电附接、尤其是电和热附接。因此可以有利地简化功率模块的制造。这能够有利地实现通过所述方法在一个过程步骤中不但在冷却体和电路载体之间烧结出烧结连接层而且在电路载体上烧结出另外的烧结连接层。
9、在另一实施方式的范畴内，烧结压模具有能填充以静压介质的空腔。在此，烧结压模尤其可以如此被放置，例如放置到冷却体和/或电路载体上，使得烧结连接层和可选地(已经)被施加在电路载体上的功率模块部件被容纳在空腔中。在此，空腔例如可以通过冷却体和/或通过电路载体封闭。确定的烧结压力在此可以通过对空腔填充以具有确定的静压力的静压介质，尤其流体，例如油，例如硅油和/或特氟龙油施加到组件上。在此，确定的静压力尤其可以基本上相应于确定的烧结压力。因此，在施加烧结压力时可以有利地补偿拓扑结构或者表面形状。因此，该实施方式尤其也适用于强烈的拓扑结构/表面形状。该实施方式能够尤其有利地实现，在通过烧结压模施加烧结压力之前已经将功率模块部件施加到电路载体上。此外，因此可以有利地简化功率模块的制造，尤其因为这能够有利地实现，通过所述方法在一个过程步骤中不但在冷却体和电路载体之间烧结出烧结连接层而且在电路载体上烧结出另外的烧结连接层。在此，例如可以将静压介质加热到一个确定的烧结温度或所述确定的烧结温度。
10、在另一替代的或附加的实施方式的范畴内，烧结压模具有压模区段，该压模区段具有与电路载体的表面形状和烧结连接层的表面形状和可选地(已)施加在电路载体上的功率模块部件的表面形状适配的表面形状。在此，压模区段的表面形状例如可以是例如呈负像形式的电路载体、烧结连接层的表面形状和可选地(已)施加在电路载体上的功率模块部件的例如精确配合的正像。因此可以有利地在施加烧结压力时也补偿拓扑结构或者说表面形状。因此，该实施方式尤其也适用于强烈的拓扑结构/表面形状。该实施方式也能够有利地实现，在通过烧结压模施加烧结压力之前将功率模块部件施加到电路载体上。此外，因此也可以有利地简化功率模块的制造，尤其因为这能够有利地实现通过所述方法在一个过程步骤中不但在冷却体和电路载体之间烧结出烧结连接层而且在电路载体上烧结出另外的烧结连接层。在此，例如可以将压模区段加热到一个确定的烧结温度或所述确定的烧结温度。
11、在另一替代的实施方式中，烧结压模具有平坦的压模面或者平坦的压模区段。在此，在通过烧结压模施加烧结压力之前和/或期间电路载体可以(仍然)是无功率模块部件的或通过烧结压模施加烧结压力之前具有小的、例如至少基本平坦的拓扑结构或者表面形状的功率模块部件已经施加到电路载体上。在此，平坦的压模面或者平坦的压模区段也可以加热到确定的烧结温度。因此，可以有利地借助简单实施的工具执行所述方法。
12、在另一实施方式的范畴内，烧结连接层仅形成在冷却体与电路载体之间的至少一个子区段中，该子区段设计成用于电路载体和可选地(已)施加或待施加的功率模块部件的热附本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于借助烧结工艺制造具有冷却体(60)的功率模块(100)的制造方法，在所述烧结工艺中，借助烧结压模(1000)将确定的烧结压力施加到由所述冷却体(60)、施加到所述冷却体(60)上的烧结连接层(61)和施加到所述烧结连接层(61)上的电路载体(10)构成的组件(60、61、10)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在通过所述烧结压模(1000)施加烧结压力之前，功率模块部件(20、30、40、50)、尤其是至少一个功率半导体(30)和/或至少一个电接触元件(40)和/或至少一个浇注材料(50)和/或至少一个另外的烧结连接层(20)被施加到所述电路载体(10)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述烧结压模(1000)具有可填充以静压介质(1002)的空腔(1001)，其中所述烧结压模(1000)被如此放置到所述冷却体(61)和/或所述电路载体(10)上，使得所述烧结连接层(61)和可选地被施加在所述电路载体(10)上的功率模块部件(20、30、40、50)被容纳在所述空腔(1001)中，尤其其中所述空腔(1001)通过所述冷却体(61
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述烧结压模(1000)具有压模区段(1010)，所述压模区段具有与所述电路载体(10)的表面形状和所述烧连接层(61)的表面形状和可选地施加在所述电路载体(10)上的功率模块部件(20、30、40、50)的表面形状适配的表面形状，尤其其中所述压模区段被加热到确定的烧结温度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述烧结压模(1000)具有平坦的压模面或者平坦的压模区段(1020')，尤其其中在通过所述烧结压模(1000)施加所述烧结压力之前和/或在通过所述烧结压模(1000)施加所述烧结压力期间所述电路载体(10)是无功率模块部件的，或者其中在通过所述烧结压模(1000)施加所述烧结压力之前已经施加具有小的、尤其是至少基本上平坦的拓扑结构或者表面形状的功率模块部件(20、30、40、50)，尤其其中所述平坦的压模面或者所述平坦的压模区段(1020')被加热到确定的烧结温度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述烧结连接层(61)仅在所述冷却体(60)与所述电路载体(10)之间的至少一个子区段中形成，所述子区段设计成用于所述电路载体(10)和可选地已施加或待施加到所述电路载体上的功率模块部件(20、30、40、50)的热附接，尤其其中在所述冷却体(60)与所述电路载体(10)之间还形成另一层(62)的、尤其钎焊连接层的至少一个子区段。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所确定的所述烧结压力和/或所确定的所述静压力位于5MPa至30MPa的范围内、尤其在15MPa至25MPa的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述冷却体(60)在施加有所述烧结连接层(61)的一侧上具有贵金属涂层。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述烧结连接层(61)包括银和/或铜，和/或其中所述烧结连接层(61)具有在50μm至200μm范围内、尤其是约100μm的平均层厚度。
10.一种功率模块(100)，所述功率模块通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造。
11.一种功率模块(100)，尤其是根据权利要求10所述的功率模块或通过根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造的功率模块(100)，其中所述功率模块(100)具有冷却体(60)、施加到所述冷却体(60)上的烧结连接层(61)和施加到所述烧结连接层(61)上的电路载体(10)，其中所述烧结连接层(61)仅形成在所述冷却体(60)与所述电路载体(10)之间的至少一个子区段中，所述至少一个子区段设计成用于所述电路载体(10)和已施加或待施加到所述电路载体上的功率模块部件(20、30、40、50)的热附接，尤其其中在所述冷却体(60)与所述电路载体(10)之间还形成另一层(62)、尤其是钎焊连接层的至少一个子区段。
...【技术特征摘要】
1.一种用于借助烧结工艺制造具有冷却体(60)的功率模块(100)的制造方法，在所述烧结工艺中，借助烧结压模(1000)将确定的烧结压力施加到由所述冷却体(60)、施加到所述冷却体(60)上的烧结连接层(61)和施加到所述烧结连接层(61)上的电路载体(10)构成的组件(60、61、10)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在通过所述烧结压模(1000)施加烧结压力之前，功率模块部件(20、30、40、50)、尤其是至少一个功率半导体(30)和/或至少一个电接触元件(40)和/或至少一个浇注材料(50)和/或至少一个另外的烧结连接层(20)被施加到所述电路载体(10)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述烧结压模(1000)具有可填充以静压介质(1002)的空腔(1001)，其中所述烧结压模(1000)被如此放置到所述冷却体(61)和/或所述电路载体(10)上，使得所述烧结连接层(61)和可选地被施加在所述电路载体(10)上的功率模块部件(20、30、40、50)被容纳在所述空腔(1001)中，尤其其中所述空腔(1001)通过所述冷却体(61)和/或通过所述电路载体(10)封闭，其中通过对所述空腔(1001)填充以具有确定的静压力的静压介质(1002)将确定的所述烧结压力施加到所述组件(60、61、10)上，尤其其中所述静压介质(1002)被加热到确定的烧结温度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述烧结压模(1000)具有压模区段(1010)，所述压模区段具有与所述电路载体(10)的表面形状和所述烧连接层(61)的表面形状和可选地施加在所述电路载体(10)上的功率模块部件(20、30、40、50)的表面形状适配的表面形状，尤其其中所述压模区段被加热到确定的烧结温度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述烧结压模(1000)具有平坦的压模面或者平坦的压模区段(1020')，尤其其中在通过所述烧结压模(1000)施加所述烧结压力之前和/或在通过所述烧结压模(1000)施加所述烧结压力期间所述电路载体(10)是无功率模块部件的，或者其中在通过所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·贝尔，E·聚斯克，S·克斯纳，S·奥尔索，U·凯斯勒，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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