CN104365185A - 包括导电的基板的、特别是用于功率电子模块的印刷电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种印刷电路板(1a，1b，1c)，特别是用于功率电子模块(2)的印刷电路板，其包括导电的基板(3)，该基板(3)至少部分地、优选完全地由铝和/或铝合金构成，其中，在导电的基板(3)的至少一个表面(3a，3b)上设置有形式为导电层的至少一个导体表面(4a，4b)，所谓导电层优选通过印刷方法、特别优选通过丝网印刷法涂覆，其中，所述导体表面(4a，4b)直接与所述导电的基板(3)电触点接通。

Description

包括导电的基板的、特别是用于功率电子模块的印刷电路板
技术领域
本发明涉及一种包括导电的基板的、特别是用于功率电子模块的印刷电路板，其中，该基板至少部分地、优选完全地由铝和/或铝合金构成。另外，本发明涉及一种包括至少一个印刷电路板的功率电子模块以及一种用于制造印刷电路板的方法。
背景技术
材料铝特别是在功率电子学领域具有越来越高的重要性。铝由于其较轻的重量和低廉的成本经常用作用于功率电子模块中的电子构件(例如发光二极管(LED)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)或金属－氧化层半导体场效晶体管(MOSFET))的散热体亦或直接用作导电的导体、特别是用作汇流排或母线。铝对于这些使用目的而言不仅具有很高的导热性而且具有很高的导电性。
在功率电子学领域经常使用绝缘的金属基板(英文：“insulatedmetal subtrate”，缩写：IMS)作为基板，该金属基板包括由铝芯，并且该金属基板由电绝缘的层或者介电层包裹。在这种情况中铝芯仅仅用于改进热传导。印制导线本身设置在绝缘层上并且与铝芯没有电触点接通。
发明内容
本发明的目的是，提供一种这种类型的印刷电路板，电子构件能与印刷电路板的基板可电触点接通地设置在该印刷电路板上。特别是电子构件应该可钎焊在印刷电路板的主要由铝材和/或铝合金构成的基板上，以便能够形成电子构件与基板的电触点接通。
根据本发明，这个目的通过权利要求1的特征得以实现。在从属权利要求中对本发明的有益的设计加以阐述。
因此根据本发明设定：在导电的基板的至少一个表面上设置有形式为导电层的至少一个导体表面，所述导电层优选通过印刷方法、特别优选通过丝网印刷法涂覆，其中，导体表面直接与导电的基板电触点接通。
本发明的一个目的是：实现设置在基板上的导体表面或者印制导线与基板本身的直接电触点接通并且将所述基板用作导电体。在所提出的印刷电路板中，基本上可以由铜构成的并且可以具有25μm至125μm、优选90μm至110μm的厚度的导电的导体表面直接设置在导电的基板的一个表面上。因此可以放弃设置在基板与导体表面之间的绝缘层。通过这种方式一方面可以实现印刷电路板的简单的构造，由此还可以更加经济地制造印刷电路板。通过这种方式另一方面基板除了其用作散热设备的功能之外还可以用作印刷电路板的导电部分。这特别是在功率电子模块中和这些功率电子模块中出现高电流的情况中具有优点。
根据一种特别优选的实施方式可以规定：导电的基板的至少一个表面构造成基本上平坦的。由此能够显著简化印刷电路板的制造过程。这样例如可以简单地根据需要对厚度为约1mm至3mm的传统的铝板进行裁剪、锯切或冲裁，而无须对铝板的表面进行特殊处理。
在本发明的一种优选的实施方式中可以规定：在导电的基板的至少一个表面上设置有形式为介电层的至少一个绝缘面，所述介电层优选通过印刷方法、特别优选通过丝网印刷法涂覆。在此，所述至少一个绝缘面可以至少部分地与至少一个导体表面接界、优选将所述至少一个导体表面包围。
为了防止导电的或者带电压的部分之间的电火花放电和与此相关联的短路，必须将这些部分相对彼此具有确定距离地设置。例如两个带电压的部分之间的距离或者气隙在电压差为400V的情况下根据标准DIN EN 60664-1VDE 0110-1应该为至少4mm。通过绝缘面，在击穿强度相同的情况下可以减小功率电子模块内部的至其它导电部分、例如至其它的印刷电路板的距离、例如减小到低于1mm。由此可以减小包括至少一个提出的印刷电路板的功率电子模块的结构尺寸。
可以根据需设置的击穿电压来选择绝缘面的厚度。在介电层的平均击穿电压为每25μm 800V的情况下，通常100μm的厚度对于绝缘面来说就足够了。通常，可以与所采用的和例如设置在两个印刷电路板之间的IGBT的击穿电压相关联地选择介电层的厚度，并且例如为了高压应用可以如下地选择，即，实现约600V至约1700V的击穿电压。
一般来说，绝缘面还可以用作用于至少一个导体表面的钎焊保护层。由此可以以这样的模式将至少一个绝缘面涂覆到基板上，使得至少一个导体表面或者多个导体表面由绝缘面包围或者围绕。
为了在基板上制造至少一个绝缘面可以规定：在基板的至少一个表面上至少局部地涂覆介电层。在此可以通过印刷方法、优选通过丝网印刷法来涂覆介电的厚层膏。可以在低于约200℃的温度下将厚层膏干燥约10分钟或将其直接在窑炉中烧结。
可以在大气压下在约540℃与约640℃之间的温度中在窑炉中对厚层膏进行焙烧或者烧结。也可以在低于540℃的温度中焙烧厚层膏，然而这可能对厚层膏在基板上的粘附性产生不利影响。在高于640℃焙烧厚层膏时，基板可能开始变软，这是因为铝的熔点为约660℃。
为了实现厚层膏在基板上的良好的粘附，厚层膏的玻璃组分包括至少一种碱金属氧化物，例如氧化锂、氧化钠或氧化钾。因此玻璃组分在低于铝的熔点的温度下已经熔化。另外，由于含有碱金属氧化物还能提高厚层膏的膨胀系数和/或与铝的膨胀系数相匹配。
所提出的印刷电路板特别适合使用在紧凑的功率电子模块中、例如强电流－多相－功率电桥或逆变器中。在这样的功率电子模块中经常使用电子开关或者形式为绝缘栅双极晶体管(英文：“insulated-gatebipolar transistor”，缩写：IGBT)的晶体管。为了连接这样的栅电极可以规定：在至少一个绝缘面上设置有形式为导电层的至少一个端子面(Anschlussflaeche)。在进一步的结果中，端子面可以与IGBT的栅端子例如通过钎焊来连接。
还对如权利要求12所述的功率电子模块要求权利保护。在其从属的专利权利要求中对有益的构造加以阐述。
所提出的印刷电路板可以是功率电子模块的、例如逆变器的组成部分。这样的逆变器尤其是应用在汽车领域的混合动力的或全电气的动力总成系统中，以便将直流电源(例如干电池)的直流电压变换为三相交流电动机用的三相交流电压。在此，逆变器本身可以包括六个电子开关(例如IGBT)和与此对应的自振荡二极管。通过对IGBT的栅端子的相应的控制，在此可以将连接在逆变器上的直流电压、例如在约300V至1200V的范围内的直流电压以已知的方式方法转换为三个有相位差的交流电压并输送给一个三相交流电动机。
根据一种特别优选的实施方式，所提出的功率电子模块可以包括一个第一印刷电路板、一个第二印刷电路板和三个第三印刷电路板。
为了第一印刷电路板可以规定：在导电的基板的至少一个表面上设置有多个导体表面、优选六个导体表面，其中优选所述导体表面由绝缘面包围。在导体表面上例如可以通过焊接来安置三个IGBT和三个与此相对应的自振荡二极管。例如第一印刷电路板例如可以构造成逆变器的负极汇流排，该负极汇流排可以与直流电源的负极连接。
可以为第二印刷电路板附加地设定：在绝缘面上设置有多个端子面、优选三个端子面。由此除了可以例如通过钎焊将三个IGBT和三个与此对应的自振荡二极管安置到导体表面上还可以使IGBT的栅电极与端子面连接，并且在进一步的结果中进行控制。第二印刷电路板例如可以构造成逆变器的正极汇流排，该正极汇流排可以与直流电源的正极连接。
可以为三个第三印刷电路板中的每个第三印刷电路板设定：在导电的基板的第一表面上设置有多个导体表面、优选两个导体表面，并且在导电的基板的第二表面上设置有多个导体表面、优选两个导体表面以及至少一个绝缘面，在所述至少一个绝缘面上设置有端子面。
三个第三印刷电路板中的每个第三印刷电路板在此可以构造成用于三相交流电动机的逆变器的相端子。第三印刷电路板的第一表面的两个导体表面在此可以例如通过钎焊与可设置在第二印刷电路板上的各一对电子构件－包括一个IGBT和一个与其相对应的自振荡二极管－连接。第三印刷电路板的第二表面的端子面和两个导体表面在此可以例如通过钎焊与可设置在第一印刷电路板上的各一对电子构件－包括一个IGBT和一个与其相对应的自振荡二极管－连接。在此，端子面可以分别用于与一个IGBT的栅电极连接。
证实为特别有益的是：印刷电路板基本上堆叠地设置，其中，三个第三印刷电路板优选并排设置在第一印刷电路板与第二印刷电路板之间。由此可以实现功率电子模块的非常紧凑的结构。
在一种特别优选的实施方式中可以规定：功率电子模块构造成强电流－多相－功率电桥(Hochstrom-Mehrphasen-Leistungsbruecke)，其中，在第一印刷电路板的至少一个表面上和/或在三个第三印刷电路板的第二表面上安置、优选钎焊有三个晶体管、优选IGBT和三个自振荡二极管，并且在第二印刷电路板的至少一个表面上和/或在三个第三印刷电路板的第一表面上安置、优选钎焊有三个晶体管、优选IGBT和三个自振荡二极管。
优选可以通过气相钎焊将电子构件诸如IGBT和自振荡二极管钎焊在所提出的印刷电路板上。由此可以在功率电子模块的钎焊层中实现统一的温度梯度。在堆叠的逆变器中，可以在第一印刷电路板与三个第三印刷电路板之间设置第一钎焊层，并且在三个第三印刷电路板与所述第二印刷电路板之间设置第二钎焊层。
一般来说，可以通过不同的方法将导体表面涂覆到基板的表面上，诸如通过电镀过程、等离子－金属－喷涂(Plasma-Metall-Spray)或通过包层(例如滚动包层)。
还对如权利要求16所述的用于制造印刷电路板的方法要求权利保护。
铝的一个化学特性是很快在空气上形成的薄的氧化层，该氧化层通过与大气中的氧气接触作为氧化过程的结果形成在铝质物体的表面上。这个氧化层虽然一方面提供防腐，然而另一方面却妨碍铝通过钎焊、熔焊或其它已周知的连接技术而与其他材料连接。
为了制造所提出的印刷电路板，特别是为了在基板上制造至少一个导体表面，因此可以设定：在基板的表面上至少局部地涂覆导体膏(Leiterpaste)；在第一焙烧阶段(Brennphase)中使得导体膏经受基本上连续上升的焙烧温度(Brenntemperatur)，其中，焙烧温度提升到能够事先给定的最大焙烧温度，其小于约660℃；在第二焙烧阶段中使得导体膏在能够事先给定的时间间隔内基本上经受所述能够事先给定的最大焙烧温度；在冷却阶段中使导体膏冷却；并且在后处理阶段中对导体膏的表面进行机械后处理、优选进行刷拂。
在其上对导体膏进行涂覆并且按照方法步骤对其进行烧结的区域代替在这个区域内的氧化的基板表面而与基板电触点接通。至少局部地通过涂敷和烧结导体膏得以实现的这个导电层可以在进一步的结果中例如用于钎焊电子构件亦或用于钎焊散热体，该散热体本身又可以由铝构成。
基板在此可以至少部分地、优选完全地由铝含量尽可能高的铝质材料构成。优选使用具有按照欧洲标准EN 573的EN AW-1050A或EN AW-1060A质量的铝质材料，该铝质材料含有至少99.5重量％或99.6重量％的铝。尽管与前述基本上纯的铝质材料相比液化温度略低且导热性较低，但是也可以使用铝合金，例如含有锰或镁的铝合金诸如EN AW-3003(AlMn1Cu)，EN AW-3103(AlMn1)，EN AW-5005(AlMg1)或EN AW-5754(AlMg3)。
通过所述制造方法获得了选择性地使铝基的基板的表面的各个区域金属化的可能性，其中，形式为烧结的导体膏的金属化区域直接材料锁合地与基板连接并且由此能够实现从导体膏到基板和反过来的高导电性和高导热性。另外，金属化区域是可钎焊的区域，基板可以通过这些区域而以已知的方式与另外的部件连接。这样例如在使用传统的焊剂如共晶的Sn-Pb-、Sn-Ag-Cu-或者Sn-Au焊剂的情况下可以将各个电子构件钎焊到金属化区域上。
根据一种特别优选的实施方式可以规定：导体膏通过印刷方法、优选通过丝网印刷法涂覆到基板的表面上。
在此可以使用形式为厚层膏或烧结膏的传统的导体膏。通过厚层膏的多孔性可以对导体膏和基体的不同的热膨胀进行补偿，由此特别是在如在汽车领域中那样温度交变应力强烈的情况下，可以提高导体膏与基板之间的连接的可靠性。
由于丝网印刷技术的加和性－在该丝网印刷技术中将涂层形成到基板上－为了使基板表面金属化此外还可以放弃使用曝光方法和蚀刻方法，其结果是所提出的方法的成本优势。
厚层导体膏(Dickschichtleiterpaste)通常包括至少一种金属粉末作为导电剂、一种无机粉末(例如玻璃熔料)作为粘附剂(Anhaftemittel)，以及有机的结合剂和溶剂。所述有机的结合剂和溶剂导致具有确定流变特性的膏状稠性，然而所述流变特性也受到导体膏的其它组成成分的影响。
鉴于导电的金属粉末的组成成分优选可以规定：使用包含铜粉的导体膏。当然也可以使用包含银粉和/或金粉的导体膏。然而在此使用铜粉明显地更加经济。
鉴于无机粉末的组成成分优选可以规定：使用包含由PbO-B2O3-SiO2系统构成的玻璃和/或含有Bi2O3的玻璃的导体膏。由此在提出的方法的烧结过程期间尽管其中主导的焙烧温度较低依然可以实现导体膏在基板上的非常好的粘附。
在例如通过现有技术已知的丝网印刷法压印导体膏之后，导体膏由于其流变特性而基本上保留在相应的区域上，而不显著流失。为了最佳化地为焙烧或者烧结准备涂敷到基板表面上的导体膏，优选可以规定：在烘干阶段中的第一焙烧阶段之前在约80℃至约200℃、优选100℃至150℃、特别优选最高130℃的温度下对导体膏进行烘干优选约5分钟至约20分钟的时间间隔。通过这个烘干阶段使得存在于导体膏内的溶剂基本上完全消散。在此优选是已知的烘干方法诸如红外线烘干或热风烘干。通过烘干过程和导体膏内的溶剂的与此相关的消散，导体膏经历一定的体积收缩。然而已经可以提前通过与此相应地较厚地涂敷导体膏来克服这个体积收缩。
优选可以在窑炉中实施在所提出的方法的第一和/或第二焙烧阶段中进行对导体膏的焙烧或者烧结，其中，在窑炉中焙烧温度占主导。当然也可以在窑炉内实施烘干阶段和/或冷却阶段。优选在此可以使用具有输送装置的窑炉。
可以与所使用的出自基板和导体膏的材料组合相关联地采用适宜的焙烧特性曲线(Brennprofil)。一种特别的实施变型规定：在第一焙烧阶段中至少间歇地将焙烧温度提高约40℃/分钟至约60℃/分钟。另外可以规定：在第一焙烧阶段中将焙烧温度升高到约580℃、优选约565℃、特别优选约548℃的最大焙烧温度。
将导体膏加热到约400℃至450℃以上导致所有有机内含物质诸如有机结合剂基本上完全消散，并且无机组成成分(例如玻璃粉末或玻璃熔料)变软。另外，金属粉末的烧结过程在这些温度的情况下开始。导体膏的变软的玻璃组分在进一步的结果中导致导体膏良好地粘附在基板上。
最大焙烧温度原则上由铝的熔化温度限定，该熔化温度为约660℃。在使用银基的导体膏的情况下最大焙烧温度优选为约565℃，而在使用铜基的导体膏的情况下最大焙烧温度优选为约548℃。由可能的在此产生的共晶的铝－铜合金或者铝-银合金的熔化温度获得这些温度。
鉴于相应的最大焙烧温度可以选择适合于导体膏的玻璃组分，这些玻璃组分的相应的玻璃临界温度(TG)或者熔化温度(TS)与这些最大焙烧温度相匹配。相应的导体膏的玻璃组分的玻璃临界温度或者熔化温度应该相应地低于规定的最大焙烧温度，以便保障导体膏最佳地粘附在基板上。特别是由PbO-B2O3-SiO2系统构成的玻璃或含有Bi2O3的玻璃是合适的。
已经证明为特别有益的是：在第二焙烧阶段中对导体膏实施约5分钟至约30分钟的焙烧。由此可以实现导体膏在基板上的最佳粘附。原则上有效的是：(在最大焙烧温度的情况下)在第二焙烧阶段中的时间间隔越长，导体膏烧结的密度就越大并且由此具有对于再加工(例如钎焊和熔焊)来说更好的特性。然而在第二焙烧阶段中的时间间隔过长的情况下，在典型的焙烧炉内的穿过时间相应地延长，这会对总生产率产生不利影响。
在另一种有益的实施变型中可以规定：在第二焙烧阶段中，能事先规定的最大焙烧温度保持基本上恒定。
另外，优选可以规定：导体膏在第一焙烧阶段中和/或第二焙烧阶段中置于含有氮气的保护气体气氛中。通过使用惰性气体或者保护气体可以减少或者防止例如导体膏内含有的铜的氧化。这特别是在高温的情况下是有益的。保护气体气氛(例如氮气)对于铜－印制导线膏(Leiterbahnpaste)的燃烧(Einbrand)是有益的，以阻止印制导线材料的氧化(可能与焙烧阶段相关联地存在数个ppm的剩余氧含量)。在此可以如下地设计这样的材料的或者导体膏的有机结合剂，即，它们在氮气气氛下可以减小。对于银－印制导线膏来说，传统的大气气氛又可以是有益的，因为在此不会由于氧化导致对印制导线表面的显著损害。在此使用的有机结合剂可以通过空气中的氧气氧化。
在本发明的一种优选的实施方式中可以规定：在冷却阶段中焙烧温度至少间歇地降低约20℃/分钟至约40℃/分钟、优选约30℃/分钟。在此优选冷却到环境温度为止。冷却的速度越慢，由于使用的材料的热膨胀系数不同对导体膏与基板之间的连接的机械影响就越小。
由于烧结导体膏的在焙烧过程或者烧结过程期间通过在此占优势的高温所实现的相应氧化规定如下：在冷却之后对导体膏的表面进行相应机械后处理，以便使进一步的加工更加容易，例如用于后续的钎焊方法或者熔焊方法。
根据一种优选的实施方式可以规定：将约10μm至约100μm厚度的导体膏涂覆到基板的表面上。当然也可以将厚度小于10μm的导体膏或厚度大于100μm的导体膏涂覆到基板的表面上。也可以规定：为了增加总体上产生的导体膏厚度，反复地连续使用所提出的方法。优选所提出的印刷电路板的至少一个导体表面具有25μm至125μm、优选90μm至110μm的厚度，该导体表面可以相应于烧结的导体膏。
附图说明
参照下文的附图说明对本发明的其它细部和优点加以阐述。附图中：
图1为构造成逆变器的功率电子模块的电路图；
图2a为提出的印刷电路板的透视图；
图2b为图2a所示的印刷电路板连同设置在其上的电子结构元件；
图3为另一种提出的印刷电路板连同设置在其上的电子构件；
图4为提出的功率电子模块在组装期间的实施例；
图5为提出的功率电子模块的透视图；
图6为图5所示的功率电子模块的侧视图；
图7a为沿图5的剖切线I-I的剖视图，
图7b为图7a的详细视图；
图8a为沿图5的剖切线II-II的剖视图；
图8b为图8a的详细视图。
具体实施方式
图1示出的是构造成逆变器的功率电子模块2的框图。功率电子模块2包括六个构造成IGBT：UH、VH、WH、UL、VL、WL的电子构件7并且连接在直流电源9上，例如干电池上。以已知的方式通过电子控制系统10对三个高侧晶体管UH、VH、WH的和三个低侧晶体管UL、VL、WL的栅端子进行控制，使得直流电源9的直流电压通过功率电子模块2转换为三个有相位差的交流电压并输送给三相交流电动机11。六个IGBT中的每一个IGBT可以附加地分别与对应的自振荡二极管连接。然而为了清楚起见在这个图示中没有示出这些自振荡二极管。
图2a示出的是根据图1的构造成逆变器的功率电子模块2的印刷电路板1b。印刷电路板1b包括形式为铝板的导电的基板3，其表面3a、3b构造成基本上平坦的。印刷电路板1b例如可以是逆变器的正汇流排，这些正汇流排借助端子元件12而可以与直流电源9的正极连接。印刷电路板1b的表面3a具有三个用于需设置在其上的IGBT的导体表面4a以及三个用于需设置在其上的自振荡二极管的导体表面4b。导体表面4a、4b由绝缘面5包围或者围绕。可以以相应的厚层膏的形式借助丝网印刷技术将导体表面4a、4b以及绝缘面5涂覆到基板3的表面3a上并且例如在窑炉中焙烧或者烧结。为了能够为IGBT的栅端子提供相应的控制信号，在绝缘面5上附加地设置有相应的端子面6。
图2b示出的是图2a所示的印刷电路板1b连同设置在导体表面4a上的IGBT7和设置在导体表面4b上的自振荡二极管8。IGBT7的栅端子在此与端子面6连接。
图3示出的是类似于图2a示出的那个印刷电路板的另一印刷电路板1a，然而没有栅端子或者端子面6，其带有设置在导体表面4a上的IGBT7和设置在导体表面4b上的自振荡二极管8。电子构件7、8在此例如借助气相钎焊而钎焊到相应的导体表面4a、4b上。
图4示出的是图1所示的功率电子模块2的一个实施例，其中，功率电子模块2包括一个第一印刷电路板1a、一个第二印刷电路板1b以及三个第三印刷电路板1c。在此，第一印刷电路板1a与图3所示的印刷电路板1a相符，而在此第二印刷电路板1b与图2a所示的印刷电路板1b相符。第一印刷电路板1a可以借助该第一印刷电路板1a的基板3的端子元件12而例如与直流电源9的负极相连，因此第一印刷电路板1a的基板3构造成负汇流排。第二印刷电路板1b可以借助其基板3的端子元件12而例如与直流电源9的正极连接，因此第二印刷电路板1b的基板3构造成正汇流排。
三个第三印刷电路板1c分别包括一个形式为铝板的导电的基板3，它们的表面3a、3b构造成基本上平坦的。在一个第三印刷电路板1c的基板3的每个第一表面3a上分别设置有一个用于需与其连接的IGBT的导电的导体表面4a以及一个用于需与其连接的自振荡二极管的导电的导体表面4b。在一个第三印刷电路板1c的基板3的每个第二表面3b上除了导电的导体表面4a、4b外相应于每个第一表面3a而设置有一个绝缘面5，在该绝缘面上为了与IGBT的栅电极连接而设置有导电的端子面6。三个第三印刷电路板1c的每个基板3具有一个端子元件12，三个第三印刷电路板1c中的每一个第三印刷电路板可以利用该端子元件而与三相交流电动机11的一个相连接。
如图4所示的那样，为了组装功率电子模块2，印刷电路板1a、1b、1c如下竖直重叠地堆叠在一起，即，三个第三印刷电路板1c并排地设置在第一印刷电路板1a与第二印刷电路板1b之间。在第一印刷电路板1a与三个第三印刷电路板1c之间有三个IGBT7和三个自振荡二极管8，它们可以钎焊在印刷电路板1a、1c的相应的导体表面4a、4b上。同样地，在第二印刷电路板1b与三个第三印刷电路板1c之间也有三个IGBT7和三个自振荡二极管8，它们可以钎焊在第三印刷电路板1c的第一表面3a的和第二印刷电路板1b的第一表面3a的相应的导体表面4a、4b上。在第一印刷电路板1a与三个第三印刷电路板1c之间的三个IGBT7的栅端子可以经由端子面6而与第三印刷电路板1c的第二表面3b连接，并且在第二印刷电路板1b与三个第三印刷电路板1c之间的IGBT7的栅端子可以经由端子面6而与第二印刷电路板1b的第一表面3a连接。
图5示出的是图4所示的功率电子模块2，其已组装完毕并且不同之处在于：在三个第三印刷电路板1c的两个表面3a、3b上分别设置有形式为通过丝网印刷法涂覆的介电层的绝缘面5，其中，表面3a、3b的相应的绝缘面5将相应的导体表面4a、4b包围。此处特别是还可以看到印刷电路板1a、1b、1c的竖直堆叠和由此获得的功率电子模块2的紧凑的结构。
图6示出的是图5示出的功率电子模块2的侧视图。在此，印刷电路板1a、1b、1c的基板3的端子元件12构成与另外的结构元件的连接点(参照图1)。在此，第一印刷电路板1a的端子元件12可以与直流电源9的负极连接而第二印刷电路板1b的端子元件12可以与直流电源的正极连接。三个第三印刷电路板1c的端子元件12可以与三相交流电动机11的相应的相端子连接。
图7a示出的是图5示出的功率电子模块2的沿剖切线I-I的剖视图，而图7b示出的是图7a的用圆标记的区域B的放大视图。图7b的放大视图示出一个IGBT7，其设置在功率电子模块2的第一印刷电路板1a与三个第三印刷电路板1c之一之间。例如借助气相钎焊，该IGBT7在此既钎焊在第一印刷电路板1a的表面3a上的导体表面4a上也钎焊在第三印刷电路板1c的表面3b上的导体表面4a上。分别用附图标记13表示在此使用的焊剂。第一印刷电路板1a的表面3a上的和第三印刷电路板1c的表面3b上的导体表面4a以及还有此处看不到的导体表面4b由介电的绝缘面5包围。
图8a示出的是图5所示的功率电子模块2的沿剖切线II-II的剖视图，而图8b示出的是图8a的用圆标记的区域C的放大视图。与根据图7b的详细视图相比，在图8b的放大视图中可以看到一个IGBT7，其设置在功率电子模块2的第二印刷电路板1b与三个第三印刷电路板1c之一之间。第二印刷电路板1b的表面3a上的和第三印刷电路板1c的表面3a上的导体表面4a、4b由介电的绝缘面5包围。沿图5的剖切线II-II所示的剖面位于IGBT7的栅端子的区域中。为了能够对IGBT7的控制极进行电控制，在第二印刷电路板1b的表面3a上的绝缘面5上设置有形式为导电层的端子面6。再次分别用附图标记13表示焊剂，该焊剂用于将IGBT7钎焊在第三印刷电路板1c的导体表面4a上和第二印刷电路板1b的端子面6上。
在所提出的具有所提出的印刷电路板1a、1b、1c的功率电子模块2中，电子构件7、8通过设置可钎焊的导电的导体表面4a、4b而能够直接钎焊到印刷电路板1a、1b、1c的基板3上。因此可以放弃其它常用的连接技术，诸如引线绑定(Drahtbonden)。通过附加地安置绝缘面5可以非常紧凑地设置印刷电路板1a、1b、1c，例如竖直地堆叠，而不会同时损害耐压强度。因此在堆叠的结构中，印刷电路板1a、1b、1c的两个导电的或者带电压的基板3之间的距离可以减小到电子构件7、8的厚度(例如传统的IGBT7的250μm)以及导体表面4a、4b的厚度(例如100μm)。在构造成逆变器的功率电子模块2中，由于在高侧晶体管与低侧晶体管之间的减小的距离另外能够实现功率电子模块2的感应率的降低并且因此提高该功率电子模块2的效率。
在制造功率电子模块时可以规定：分别共同焙烧或者烧结印刷电路板1a、1b、1c的导体表面4a、4b和端子面6。
在一种特别优选的实施方式中可以规定：通过以下方式在一道工序中将优选堆叠的整个功率电子模块2制成，即，将设置在相应的印刷电路板1a、1b、1c之间的构件7、8(参照图4)在一道工序内钎焊到相应的导体表面4a、4b和端子面6上(例如通过气相钎焊)。当然也可以规定：在多道工序中实施对印刷电路板1a、1b、1c的组装。例如可以分别将电子构件7、8钎焊到第一印刷电路板1a和第二印刷电路板1b上，并且在另一道工序中将电子构件7、8钎焊在第三印刷电路板1c的相应的导体表面4a、4b和端子面6上。在此，印刷电路板1a、1b、1c的绝缘面5还可以起阻焊膜的作用，这些阻焊膜在钎焊过程期间将电子构件7、8保持在所期望的位置中。
通常，需设置在导体表面4a、4b上的焊膏也可以通过如下方式用于将印刷电路板1a、1b、1c的基板3更好地相互对准，即，将例如不同厚度的焊膏层涂敷到导体表面4a、4b上。一般来说，也可以使用钎焊成型件(Loetformteil)代替焊膏。
为了钎焊，也可以使用不同熔点的焊剂。这样例如可以使用液化温度为约220℃的SnAgCu焊剂和液化温度为约300℃的高铅焊剂。由此例如首先可以利用高铅焊剂将电子构件以其第一侧面钎焊并固定在基板的导体表面上，并且在另一道工序中利用SnAgCu焊剂将电子构件以其第二侧面钎焊在另一基板的导体表面上。由此可以将构件可靠地保持在位置中。
一般来说，利用所提出的印刷电路板可以提供一种基板，该基板除了散热功能之外还承担导电体的功能。通过在所提出的印刷电路板的基板上安置导电的导体表面和介电的绝缘面，一方面可以将电子构件容易地钎焊到基板上并且由此与其电触点接通，并且另一方面例如通过竖直堆叠可以实现功率电子模块的紧凑的结构。通过绝缘面可以减小带电压的部分的距离并且由此降低功率电子模块的感应率。另外，通过使用铝作为用于基板的材料可以实现对功率电子模块的直接的两侧冷却，这能够实现较高的电流密度。通过设置钎焊连接可以放弃其它的连接技术如引线绑定，因此可以提高构件连接的可靠性。另外在将厚层技术用于制造所提出的印刷电路板的基板上的导体表面的应用中，通过由此能够实现的构件在基板上的直接组装可以降低设置在基板上的电子构件与起散热体作用的基板之间的热阻力。另外通过在较低温度中烧结的铜导体膏的高孔隙度，可以降低在导体表面与设置在其上的电子构件之间的钎焊层中的机械应力。这特别导致更高的循环温度场强度(Temperaturzyklenfestigkeit)以及提高的使用寿命。

Claims (16)

1.印刷电路板(1a，1b，1c)，特别是用于功率电子模块(2)的印刷电路板，其包括导电的基板(3)，该基板(3)至少部分地、优选完全地由铝和/或铝合金构成，其特征在于：在导电的基板(3)的至少一个表面(3a，3b)上设置有形式为导电层的至少一个导体表面(4a，4b)，所谓导电层优选通过印刷方法、特别优选通过丝网印刷法涂覆，其中，所述导体表面(4a，4b)直接与所述导电的基板(3)电触点接通。
2.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于：导电的基板(3)的至少一个表面(3a，3b)构造成基本上平坦的。
3.如权利要求1或2所述的印刷电路板，其特征在于：导体表面(4a，4b)基本上由铜构成。
4.如权利要求1至3之任一项所述的印刷电路板，其特征在于：导体表面(4a，4b)包括由PbO-B2O3-SiO2系统构成的玻璃和/或含有Bi2O3的玻璃。
5.如权利要求1至4之任一项所述的印刷电路板，其特征在于：导体表面(4a，4b)具有25μm至125μm、优选90μm至110μm的厚度。
6.如权利要求1至5之任一项所述的印刷电路板，其特征在于：在导电的基板(3)的所述至少一个表面(3a，3b)上设置有形式为介电层的至少一个绝缘面(5)，所述介电层优选通过印刷方法、特别优选通过丝网印刷法涂覆。
7.如权利要求6所述的印刷电路板，其特征在于：所述至少一个绝缘面(5)至少部分地与所述至少一个导体表面(4a，4b)接界、优选将所述至少一个导体表面(4a，4b)包围。
8.如权利要求6或7所述的印刷电路板，其特征在于：在所述至少一个绝缘面(5)上设置有形式为导电层的至少一个端子面(6)。
9.如权利要求1至8之任一项所述的印刷电路板，其特征在于：在导电的基板(3)的所述至少一个表面(3a，3b)上设置有多个导体表面(4a，4b)、优选六个导体表面(4a，4b)，其中，优选所述导体表面(4a，4b)由绝缘面(5)包围。
10.如权利要求9所述的印刷电路板，其特征在于：在绝缘面(5)上设置有多个端子面(6)、优选三个端子面(6)。
11.如权利要求1至8之任一项所述的印刷电路板，其特征在于：在所述导电的基板(3)的第一表面(3a)上设置有多个导体表面(4a，4b)、优选两个导体表面(4a，4b)，并且在所述导电的基板(3)的第二表面(3b)上设置有多个导体表面(4a，4b)、优选两个导体表面(4a，4b)，以及在所述导电的基板的第二表面上设置有至少一个绝缘面(5)，其中，在所述至少一个绝缘面(5)上设置有端子面(6)。
12.功率电子模块(2)，其包括至少一个如权利要求1至11之任一项所述的印刷电路板(1a，1b，1c)。
13.如权利要求12所述的功率电子模块，其特征在于：功率电子模块(2)包括一个如权利要求9所述的第一印刷电路板(1a)、一个如权利要求10所述的第二印刷电路板(1b)和三个如权利要求11所述的第三印刷电路板(1c)。
14.如权利要求13所述的功率电子模块，其特征在于：各印刷电路板(1a，1b，1c)基本上堆叠地设置，其中，所述三个第三印刷电路板(1c)优选并排设置在所述第一印刷电路板(1a)与所述第二印刷电路板(1b)之间。
15.如权利要求13或14所述的功率电子模块，其特征在于：功率电子模块(2)构造成强电流－多相－功率电桥，其中，在所述第一印刷电路板(1a)的至少一个表面(3a)上和/或在所述三个第三印刷电路板(1c)的第二表面(3b)上安置、优选钎焊有三个晶体管、优选IGBT和三个自振荡二极管，并且在所述第二印刷电路板(1b)的至少一个表面(3a)上和/或在所述三个第三印刷电路板(1c)的第一表面(3a)上安置、优选钎焊有三个晶体管、优选IGBT和三个自振荡二极管。
16.用于制造如权利要求1至11之任一项所述的印刷电路板(1a，1b，1c)的方法，其特征在于：在基板(3)的表面(3a，3b)上至少局部地涂覆导体膏；在第一焙烧阶段中使得导体膏经受基本上连续上升的焙烧温度，其中焙烧温度提升到能够事先给定的最大焙烧温度，其小于约660℃；在第二焙烧阶段中使得导体膏在能够事先给定的时间间隔内基本上经受所述能够事先给定的最大焙烧温度；在冷却阶段中使导体膏冷却；在后处理阶段中对导体膏的表面进行机械后处理、优选进行刷拂。
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