CN112673469A - 制造功率模块单元的方法、功率模块单元、电源部件和变频器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造功率模块单元(1)的方法以及功率模块单元(1)。本发明还涉及电源部件和变频器。为了制造功率模块单元(1)而设置具有凹部(9)的基板(3)。基板与承载功率半导体(5)的衬底(4)连接。在衬底(4)固定在基板上之后将冷却肋片(7)导入基板(3)的凹部(9)中并且以力配合和/或形状配合的方式固定。通过该实施方式，可以根据需要设计具有冷却肋片(7)的功率模块单元(1)，并且同时简化功率模块单元(1)的制造。

Description

制造功率模块单元的方法、功率模块单元、电源部件和变频器

技术领域

本发明涉及用于制造功率模块单元的方法以及功率模块单元。本发明还涉及电源部件和变频器。

背景技术

功率模块单元通常包括具有功率半导体、例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的衬底，该功率半导体在衬底上被固定连接。衬底在两侧具有金属结构，其中金属结构设计用于在一侧与功率半导体连接并且在另一侧能固定在基板上。

根据现有技术，基板优选被施加导热结构，并被固定在冷却体上。为了平衡热效应，基板的复杂弯曲是必要的，使得基板即使在温度超过100摄氏度的情况下也与冷却体固定连接。

在这里将包括功率模块和冷却体的单元称作为功率模块单元。

现有技术的缺点还在于材料过渡。由于该缺点而减少了从功率半导体经由基板传递到冷却体的热流。

为了改善从功率半导体到冷却体的热传递，例如DE102013207804A1提出在一侧一体构造的具有导热结构的基板。功率半导体被固定在基板的相对置的侧上。

但是由于制造原因使导热结构的尺寸受限。此外，这种功率模块单元的制造耗费大并因此成本高。

发明内容

因此本发明的目的在于简化功率模块单元的制造方法。

该目的由根据权利要求1的功率模块单元实现。该目的进一步由根据权利要求10的变频器或电源部件解决。该目的还由根据权利要求11的方法解决。

有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的内容。

本发明基于如下认识，即通过直接施加具有功率半导体的衬底到基板上来代替基板与冷却体之间的材料边界。优选使用焊接将衬底固定在冷却体的基板上。基板因此在第一侧用作衬底的承载体。另外，基板的第二侧用于固定冷却肋片。

在具有长度可以为几厘米的冷却肋片的常规冷却体的情况下，该方法导致困难，因为全部冷却体必须例如在炉子中以大约200摄氏度到大约500摄氏度的温度受热。但是，全部冷却体的加热在时间和能量方面耗费大。因此本发明基于如下观点，即，有利的是在炉子中仅加热具有衬底的基板并且在将衬底固定在基板的凹部中之后固定冷却肋片。优选通过使具有衬底的基板无弯曲的方式固定冷却肋片。基板的弯曲会损坏衬底。

这示例性地通过凹部的梯形横截面实现。另外可以有利地将冷却肋片沿切向于第一侧的方向引入相应的凹部中。

衬底优选包括陶瓷层，其中，陶瓷层在上侧和下侧分别至少在局部具有金属层。金属层优选包括铜、银或锌。优选局部覆盖在衬底上侧的金属层用于固定功率半导体。优选覆盖在下侧的金属层用于衬底与基板的焊接、压接或烧结连接。

该功率模块单元具有基板，基板在第一侧具有至少一个凹部，其中，至少一个冷却肋片固定在相应的凹部中，其中，相应的冷却肋片通过至少在局部以形状配合的方式实施的连接、在局部以材料配合的方式实施的连接和/或在局部以力配合的方式实施的连接固定在基板的相应的凹部中，其中，基板在第二侧具有用于功率半导体的衬底。

功率模块单元可选地还包括保护衬底免受环境影响的壳体。衬底用作功率半导体、如IGBT或晶闸管的基础。也可以在衬底上固定多个功率半导体。

凹部优选沿第一侧从基板的一端延伸到基板的另一端。

凹部有利地用于容纳一个或多个冷却肋片。相应的冷却肋片优选在衬底已经固定在基板的第二侧上的情况下被引入基板的凹部中。

功率模块单元优选还包括壳体，其中壳体至少在局部覆盖第二侧。壳体用于覆盖、进而保护衬底或至少一个功率半导体。

材料配合的连接可以示例性地被理解为焊接、粘接或熔焊连接。

冷却肋片与基板的连接优选至少在局部形状配合地实施。形状配合的连接在基板与相应的冷却肋片之间产生良好的热连接。形状配合的连接随后用于改善功率半导体的废热经由基板到冷却肋片的排放。

冷却肋片优选通过力配合的连接与基板固定，使得冷却肋片插入加热的基板中，并且随着基板的冷却建立力配合的连接。可选地或附加地，冷却肋片也可以在引入时被冷却，并通过加热到室温形成力配合的连接。

本发明公开如下优点：

-通过将衬底与基板以及与到冷却肋片的仅一个另外的热电阻直接连接，可以经由冷却肋片尤其高效地从衬底导出热量。

-通过将基板与冷却肋片可变地连接，可以针对功率模块单元的应用适配相应冷却肋片的参数，如适配长度、形状、表面特性。

-通过仅将衬底固定在基板上，可以借助炉子快速节能地制造衬底。

在本发明的一个有利的设计方案中，相应的冷却肋片通过压接、粘接或焊接与基板连接。

可选地或附加地，可以用焊接或粘接将相应的冷却肋片固定在基板的凹部中。

通过将相应的冷却肋片与基板固定连接，功率模块单元设计成对于外界影响是稳定的。此外通过将相应的冷却肋片与基板固定连接，确保功率半导体到冷却肋片的良好和安全的热传递。

在本发明的另一个有利的设计方案中，基板具有铜、铝或由铜制成的层和由铝制成的层。

铜作为材料优选用于容纳衬底，因为铜适合建立焊接并且是良好的热导体。

铝作为材料优选用于基板，因为铝一方面是良好的热导体并且还由于其良好的变形性而适用于基板与冷却肋片的形状配合的连接。

特别有利的是，基板由两个彼此叠加固定连接的金属层构成。这种基板邻接于第一侧地具有铝层，在上侧具有铜层。示例性地使用滚齿方法将两个金属层彼此固定连接。可选地，这些层还可以通过焊接方法、尤其高温焊接方法彼此连接。

这种层具有上述优点并且可在商业交易中获得。

在本发明的另一个有利的设计方案中，相应的冷却肋片在至少一侧具有顶盖，其中，顶盖在引入冷却肋片之后接触基板的第一侧。

顶盖用于限制冷却肋片进入凹部，使得凹部的底侧仅接触冷却肋片。

可选或附加地，顶盖能在局部伸入凹部中。凹部示例性地在其边缘具有倾斜于第一侧定向的侧面。侧面用于容纳顶盖的同样倾斜设计的侧面。

通过顶盖，在将相应的冷却肋片引入凹部时可以降低基板的负荷。尤其可以有效减小感应垂直于基板第一侧的力的弯曲应力。通过力的减小以及进而对基板的弯曲应力的减小，在将冷却肋片引入凹部中时引起衬底与具有降低的负荷的基板连接。

在本发明的另一个有利的设计方案中，相应的冷却肋片具有铜、铝或合金。

冷却肋片优选由导热良好的材料、尤其铝、铝合金、铜或铜合金制成。

使用导热良好的材料可以将热量有效地从基板导出。

在本发明的另一个有利的设计方案中，使用切口和刻印部来加强基板与相应的冷却肋片的固定。

至少一部分基板的凹部和/或冷却肋片优选具有切口和/或刻印部。在将冷却肋片引入相应的凹部中时，凹部可以将切口刻印到冷却肋片中。使用切口至少在局部形成形状配合的连接。

冷却肋片的刻印部优选伸入相应凹部的切口中。因此特别牢固的连接是可能的。

相应的凹部中的刻印部还用于改善冷却肋片与基板的连接。

在本发明的另一个有利的设计方案中，基板的材料的硬度与相应的冷却肋片的材料的硬度不同。

基板的材料硬度优选高于冷却肋片的材料硬度。因此冷却肋片的材料容易变形，并且形成基板与冷却肋片之间至少在局部形状配合的连接。

在上述实施的可选方案中，在将冷却肋片引入相应的凹部中时，冷却肋片和/或基板中的凹部的内侧有利地轻微变形。刻印部尤其有助于冷却肋片的变形和/或基板的变形。

可选地，冷却肋片的材料硬度也能高于基板的材料硬度。这种设计方案优选引起功率模块单元的制造的简化。

在本发明的另一个有利的设计方案中，相应的冷却肋片设计为U形、O形或8字形。

冷却肋片优选具有开口。开口优选用于冷却介质、如气流的穿过。开口优选设计为使得冷却肋片的横截面内部中空。相应的冷却肋片的横截面优选设计为O形。

冷却肋片优选设计为在中部具有加强部、尤其是材料过渡部。

材料过渡部导致冷却肋片的8字形横截面。

在本发明的另一个有利的设计方案中，相应凹部的横截面朝向第二侧变细，优选设计为梯形。

为了在引入相应的冷却肋片时仅传递最小的弯曲应力到基板，凹部设计为向内变细。凹部优选设计为梯形。有时将刻印部定位在相应凹部内表面的侧面上。刻印部优选用于将冷却肋片紧固在凹部中。

利用向内变细的凹部，在引入相应的冷却肋片时保护功率模块单元的衬底。

在本发明的另一个有利的设计方案中，另外的冷却肋片定位在冷却肋片之间，其中相应的另外的冷却肋片与冷却肋片仅在局部侧面重叠。

另外的冷却肋片优选与冷却肋片力配合地连接。另外的冷却肋片与冷却肋片优选分别以1厘米到2厘米的宽度重叠。

冷却肋片的侧面优选至少在冷却肋片与另外的冷却肋片分别重叠的区域中以肋状结构形成。尤其将肋状结构理解为使相应冷却肋片的侧面和/或相应另外的冷却肋片的侧面具有刻印部。刻印部可以具有三角形横截面。刻印部优选分别平行定向。刻印部有利地分别平行于冷却肋片的边缘定向。

优选分别在刻印部之间设定切口。切口优选具有三角形横截面。

冷却肋片的刻印部优选伸入分别相邻的另外的冷却肋片的切口中。

通过现有冷却肋片与另外的冷却肋片的扩展，可以逐步提高功率模块单元的冷却性能。

在本发明的另一个有利的设计方案中，冷却肋片至少在局部由碳、例如石墨构成。

冷却肋片有利地可以至少在局部由碳纳米管构成或包括碳纳米管。

石墨或碳纳米管尤其具有特别高的导热性。

由于高导热性，可以改进基板的冷却。

在本发明的另一个有利的设计方案中，冷却肋片彼此连接。

有利地使用连接元件完成冷却肋片的连接。连接元件和冷却肋片优选形成单元。该单元有利地作为整体被引入基板的凹部中。

连接元件优选与冷却肋片材料配合地连接。

连接元件和冷却肋片优选实施为一件式的。连接元件优选具有开口。开口有利地用于减少重量。此外开口优选设计用于冷却介质、尤其冷却气流的穿过。

利用该单元，冷却肋片和基板的特别坚固和均匀的连接是可能的。经由这些可以将热量从一个冷却肋片传递到另外的冷却肋片。

在本发明的另一个有利的设计方案中，冷却肋片和连接元件彼此连接形成单元。该单元优选设计使得单元可以通过插接连接、压接或粘接与另外的单元连接。

单元优选具有平行定向的冷却肋片，其中冷却肋片通过连接元件彼此连接。

冷却肋片优选在两个端部具有结构化的表面、尤其是肋状的表面。利用结构化的表面可以改进冷却肋片之间的连接，其中将冷却肋片优选插入相应两个另外的冷却肋片之间以用于连接。结构化的表面用于冷却肋片的相互保持。使用连接元件将冷却肋片彼此紧固。

这里表述的功率模块单元的一个有利的用途是尤其用于工业应用的变频器或电源部件。

这种变频器有利地用于汽车领域，例如用于至少部分电驱动的汽车。本发明还可以有利地用于电动飞机。此外，本发明可以有利地用于充电设备。本发明优选用于电动汽车或飞机的充电设备。

根据功率模块单元的在相应应用中的冷却需求，有利地可以选择冷却肋片的种类、数量、形状和大小。

在功率模块单元的制造方法中，功率模块单元具有基板，基板在第一侧具有凹部，该方法包括以下步骤：

a)将衬底定位在与凹部相对置的第二侧，

b)将基板和衬底加热，从而尤其通过焊接或烧结连接将衬底固定在基板的第一侧上，

c)将至少一个冷却肋片引入并固定在相应的凹部中，其中该固定以材料配合的方式和/或力配合的方式实施。

功率模块单元的制造的可选的和有利的步骤为：

-将壳体固定在基板上，其中壳体保护衬底和功率半导体；

-将连接元件施加到金属层上，其中金属层用于固定功率半导体。相应的连接元件可以在一侧与壳体连接。连接元件有利地用于将功率半导体连接到电导线。

-优选进行衬底的绝缘。有利地通过施加带有非导电材料的衬底到聚合物底物、尤其硅底物来实现绝缘。

优选在炉子中对具有衬底的基板加热。以200度与500度之间的温度加热衬底和基板。加热用于形成衬底和基板的焊接、烧结连接或压接。

冷却肋片优选共同引入分别为冷却肋片设置的凹部中。对此，将冷却肋片定向，并将基板压紧。

在一个有利的设计方案中，在衬底固定到基板中之后将凹部引入基板。

优选通过切削加工将凹部引入基板。通过随后引入基板，可以在炉子中加热没有凹部的基板。通过基板的长方体形设计可以特别均匀加热基板，并且在与基板压接的情况下与衬底形成特别稳定的设计。

为了形成力配合的连接，可以选择基板材料和相应冷却肋片材料，使得在基板受热的情况下基板凹部的横截面扩大，并且在室温下围绕冷却肋片在凹部中的一部分形成力配合和/或形状配合的连接。

可选地或附加地，焊接或粘接也可以用于相应冷却肋片与基板的固定。

使用上述用于制造功率模块单元的方法可以针对相应的用途选择冷却肋片。同时在将基板与衬底连接时节约了时间，因为不必还加热冷却肋片。另外通过加热没有冷却肋片的基板，特别均匀的温度分布是可能的，这导致衬底与基板的改进的焊接或烧结连接。

经由这些可以有利地将炉子高度设计成特别低。

在本发明的另一个有利的设计方案中，在炉子中加热具有衬底的基板。

优选在贯通炉中加热基板和基板上的衬底。通过简单改变基板经过炉子的穿过时间，可以良好调节基板和衬底的必要的受热。

在本发明的另一个有利的设计方案中，在基板冷却之后引入冷却肋片。

优选在引入冷却肋片之前将基板冷却到室温。通过冷却基板，可以在引入冷却肋片时防止凹部中的刻印部的弯曲。此外在冷却肋片与基板粘接的情况下可以改进支承。

在本发明的另一个有利的设计方案中，将冷却肋片沿凹部引入相应的凹部中。

为了在将冷却肋片引入凹部时保护衬底，应该避免导致基板弯曲的力。由于基板沿着切向于侧面的方向更稳定，将至少一个冷却肋片沿切向方向引入导致基板的轻微变形以及衬底轻微的负荷。

在本发明的另一个有利的设计方案中，相应的冷却肋片包括开口，其中挤压工具导入冷却肋片的开口中，并且借助挤压工具将冷却肋片挤压到凹部中。

根据挤压工具和冷却肋片的横截面的形状，挤压工具有助于形成形状配合的连接。挤压工具优选使冷却肋片的相应端部变形，使得冷却肋片的材料至少在局部填充凹部。

可以使用杆作为挤压工具。挤压工具优选被引导穿过冷却肋片的开口，并且将冷却肋片引入凹部中。通过使用在凹部作为作用于冷却肋片的挤压工具，可以有效防止冷却肋片的弯曲。

在本发明的另一个有利的设计方案中，基板具有铜、铝或铜制成的层和铝制成的层，和/或相应的冷却肋片具有铜、铝或合金。

在本发明的另一个有利的设计方案中，具有衬底的基板的受热在炉子中进行，和/或在基板冷却后将冷却肋片引入凹部中。

在本发明的另一个有利的设计方案中，设置用于引入基板凹部中的冷却肋片在一个步骤中被引入分别为冷却肋片设置的凹部中。

在本发明的另一个有利的实施方式中，切向于基板的第一侧地引入至少一个冷却肋片，其中凹部具有尤其设计为梯形的横截面。所有冷却肋片优选以这种方式被引入基板。

在本发明的另一个有利的实施方式中，在切向引入至少一个冷却肋片到基板中时，将至少一个冷却肋片正交于凹部的横截面地引入凹部中，使得尤其基板仅最小化地变形。所有冷却肋片优选以这种方式移入基板。

在本发明的另一个有利的实施方式中，将至少一个冷却肋片经由基板的正交于侧面定向的侧面引入、尤其滑移入或拉入凹部中。

随后将至少一个冷却肋片从基板的侧面滑移入或拉入凹部中，使得在将至少一个冷却肋片引入凹部期间考虑到基板的第一侧，用至少一个冷却肋片逐步覆盖凹部。所有冷却肋片优选以这种方式被滑移入或拉入基板。

附图说明

下面结合附图详细说明和阐述本发明。附图中所示实施方案仅为示例性的，并且不限制本发明。示例性的实施方案的各个特征可以与本发明的其他实施方案结合。附图示出：

图1示出示例性的功率模块单元，

图2示出示例性的功率模块单元的截面，

图3示出示例性的方法，

图4示出凹部的可能的截面，

图5示出另一示例性的功率模块单元，

图6示出功率模块单元的截面，

图7示出功率模块单元的截面，以及

图8示出冷却肋片与另外的冷却肋片之间的连接。

具体实施方式

图1示出示例性的功率模块单元1。功率模块单元1包括基板3，其中基板3在第一侧具有凹部9。凹部9分别用于容纳至少一个冷却肋片7。基板在第二侧3b上具有衬底4。衬底4用作功率半导体5的支座。衬底优选由陶瓷制成，其中衬底在两侧具有铜制涂层。铜制涂层尤其作为焊接11的基础用于将衬底4固定在基板3。功率半导体5优选同样通过焊接11与衬底4连接。

基板3优选由铜合金或铝合金构成。特别有利的是，基板3的与第一侧3a邻接的下部区域由铝制成并且其与第二侧3b邻接的上部区域由铜制成。该基板3的基础是层状材料。可行的层状结构由基板3中的虚线示出。

相应的冷却肋片通过形状配合和/或力配合的连接固定到基板3的相应的凹部9中，并与基板3固定。

图2示出示例性的功率模块单元1的截面。示出具有多个冷却肋片7的基板3。冷却肋片7分别被引入基板3的凹部9之一中。所示冷却肋片7分别具有两个开口7a。开口8由冷却肋片7中部的边界彼此分开。由此形成冷却肋片的8字形轮廓。气流利用该8字形轮廓可以特别有效地冷却冷却肋片。

在冷却肋片7的相应端部7b，冷却肋片7被加强地设计。可以利用冷却肋片7的增大的壁厚在其相应端部7a的区域内实现这种加强。由于冷却肋片7在其相应端部7a的加强，相应冷却肋片7与基板3的特别稳定的连接是可行的。

图3示出示例性的方法。该方法包括第一步骤a、第二步骤b、可选的第三步骤c和第四步骤d。

在第一步骤a中将相应凹部9引入基板3。通过轧制工艺、切削方法、如铣削或锻造方法将凹部冲压到基板中。

在第二步骤b中将衬底4定位在基板3的第二侧3b上。将具有衬底的基板放在炉中以200度到500度的温度加热，以将衬底4固定在基板3的第二侧3b上。在第二步骤b中使用焊接或烧结连接将衬底4与基板的第二侧3b固定连接。

在可选的第三步骤c中将具有衬底的基板再次冷却到室温。根据衬底4在基板3上连接的类型快速或缓慢冷却。

在第四步骤d中将冷却肋片7引入基板的相应凹部9中并固定。从一侧、也就是切向于基板3的第一侧3a或与其垂直地引入冷却肋片。在将冷却肋片7切向引入基板时，将冷却肋片7正交于凹部9的横截面9a地移入凹部中。这种引入有利地仅使基板最小地变形。

在将相应的冷却肋片7垂直引入凹部9中时，应该注意施加在基板3上的力不引起基板3的变形，因为否则会损坏衬底4。

图4示出凹部9的可能的横截面9a。基板3的凹部9向内逐渐变细。凹部9在其内侧9b具有刻印部10以更好地保持冷却肋片7。刻印部10有利地用于形成基板3(这里示为截面)与冷却肋片7之间局部形状配合的连接。

凹部9的梯形横截面9a在将冷却肋片7垂直引入凹部9中时用于减少垂直于基板3的第一侧3a或第二侧3b作用的力。另外该力偏转到切向于基板3的相应侧3a、3b的方向。这由从凹部发出的箭头示出。

为此在附图中示出挤压工具11。挤压工具11用于将冷却肋片7置入凹部9。挤压工具11优选实施为穿过冷却肋片的开口7a并可以将冷却肋片7挤压到基板3的凹部9中的杆。根据挤压工具11的形状和冷却肋片7的横截面，挤压工具11有助于形成形状配合的连接。挤压工具11优选使冷却肋片7的相应的端部7a变形，使得冷却肋片7的材料至少在局部填满凹部9。

图5示出另外的示例性的功率模块单元1。功率模块单元1具有与图1所示功率模块单元1相似的结构。与图1不同的是，这里所示功率模块单元1包括彼此连接的冷却肋片7。连接元件17实现冷却肋片的连接。在此连接元件17与冷却肋片7形成固定单元。由连接元件17与冷却肋片7组成的单元被引入基板3的凹部9，并在这里至少局部以形状配合和/或力配合的方式与基板连接。

图6示出功率模块单元1的截面。示出具有凹部9的基板3的截面，其中将冷却肋片7引入凹部9中。冷却肋片7包括顶盖25，其中顶盖25定位在冷却肋片7的相应侧面，使得在将冷却肋片7引入凹部9之后在凹部中形成空腔23。空腔23布置在冷却肋片7的一侧与凹部9的底侧之间。由于冷却肋片未完全引入凹部9中而形成空腔23。为了形成空腔23，将相应的顶盖25定位在冷却肋片7的侧面，使得在将冷却肋片7引入凹部9之后顶盖25接触第一侧31或固定在其上。

有利地，冷却肋片7的顶盖25位于基板3的第一侧3a上。有利地，顶盖25位于第一侧3a上提高了冷却肋片7与基板之间的平整连接。平整连接用于基板3到冷却肋片的热量传递。

空腔23的高度能设计成小到使凹部9的下侧与冷却肋片7以点接触。

图7示出功率模块单元1的截面。与图6所示截面类似，冷却肋片7同样具有顶盖25。顶盖25设计为具有倾斜支承面，其中倾斜支承面位于凹部9的相应斜面上。在将冷却肋片7引入凹部9时用箭头表明相应的力。(用箭头表明的)力根据倾斜支承面的定向具有平行于基板3的第一侧的方向上的力分量。

由于支承面的倾斜定向，在引入冷却肋片7时更少的力被施加到基板3上以形成弯曲应力，进而形成衬底4的负荷。此外，冷却肋片7与基板3之间的表面扩大。利用扩大的表面可以将热量从基板3排到冷却肋片。

为了改善冷却肋片7与基板的连接，凹部9的内侧9a和/或冷却肋片7在其一侧具有刻印部10。刻印部优选伸入切口，其中将切口分别引入接触刻印部的一侧。这种刻印部10优选有助于改善基板3与冷却肋片7之间连接的稳定性。

图8示出冷却肋片7和另外的冷却肋片7'之间的连接21。可以通过夹紧连接或力配合连接形成冷却肋片7与另外的冷却肋片7'之间的连接21。为了改善接合，冷却肋片7和/或另外的冷却肋片7'在连接21的区域内具有肋状结构。冷却肋片7和/或另外的冷却肋片7'优选在其相应的侧面在局部具有平行延伸的刻印部，这些刻印部带有三角形的横截面。这些刻印部也可以伸入切口，其中这些切口具有三角形的横截面并且在刻印部之间定位在冷却肋片7和/或另外的冷却肋片7'中。以放大的视图示出这种连接21。肋状结构用于冷却肋片7与相应的另外的冷却肋片7'的稳定连接。

示出连接元件17，其中连接元件17公开了与冷却肋片7连接的可能性(与图5所示实施方式类似)。

引入分别平行定向的冷却肋片7的中间空间的另外的冷却肋片7'用于进一步改善分别平行形成的冷却肋片7的冷却，进而改善基板3上的衬底4的冷却。

总之，本发明涉及用于制造功率模块单元1的方法以及功率模块单元1。本发明还涉及电源部件和变频器。为了制造功率模块单元1而设置具有凹部9的基板3。基板与承载功率半导体5的衬底4连接。在衬底4固定在基板上之后，将冷却肋片7导入基板3的凹部9中，并且以力配合和/或形状配合的方式固定。通过该实施方式，可以根据需要设计具有冷却肋片7的功率模块单元1，并且同时简化功率模块单元1的制造。

Claims (18)

1.一种功率模块单元(1)，所述功率模块单元尤其用于变频器，所述功率模块单元具有基板(3)，所述基板在第一侧(3a)具有至少一个凹部(9)，其中，在相应的所述凹部(9)中固定有至少一个冷却肋片(7)，其中，相应的所述冷却肋片(7)通过至少在局部以形状配合的方式实施的连接、在局部以材料配合的方式实施的连接和/或在局部以力配合的方式实施的连接固定在所述基板(3)的相应的所述凹部(9)中，其中，所述基板(3)在第二侧(3b)具有用于功率半导体(5)的衬底(4)。

2.根据权利要求1所述的功率模块单元(1)，其中，相应的所述冷却肋片(7)通过压接、粘接或焊接与所述基板(3)连接。

3.根据权利要求1或2所述的功率模块单元(1)，其中，所述基板(3)具有铜、铝或具有由铜制成的层和由铝制成的层，和/或相应的所述冷却肋片(7)具有铜、铝或合金。

4.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块单元(1)，其中，相应的所述冷却肋片(7)在至少一侧具有顶盖(25)，其中，所述顶盖(25)在引入所述冷却肋片(7)之后接触所述基板(3)的所述第一侧(3a)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块单元(1)，其中，通过切口和刻印部加强所述基板(3)与相应的所述冷却肋片(7)的固定。

6.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块单元(1)，其中，所述基板(3)的材料的硬度与相应的所述冷却肋片(7)的材料的硬度不同。

7.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块单元(1)，其中，相应的所述冷却肋片(7)设计成U形、O形或8字形。

8.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块单元(1)，其中，相应的所述凹部(9)的横截面(9a)朝向所述第二侧(3b)变细，优选设计成梯形。

9.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块单元(1)，其中，另外的冷却肋片(7')定位在所述冷却肋片(7)之间，其中，相应的所述另外的冷却肋片(7')与所述冷却肋片(7)仅在局部侧面重叠。

10.一种变频器或电源部件，所述变频器或电源部件尤其用于工业应用，所述变频器或电源部件具有根据前一项权利要求所述的功率模块单元(1)。

11.一种用于制造功率模块单元(1)的方法，其中，所述功率模块单元(1)具有基板(3)，所述基板在第一侧(3a)具有凹部(9)，所述方法包括以下步骤：

a)将衬底(4)定位在与所述凹部相对置的第二侧(3b)；

b)将所述基板(3)和所述衬底(4)加热，从而尤其通过焊接或烧结连接(11)将所述衬底固定在所述基板(3)的所述第一侧(3a)上；

c)将至少一个冷却肋片(7)引入并固定在相应的所述凹部(9)中，其中，该固定以材料配合的方式和/或力配合的方式实施。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在炉子中加热具有所述衬底(4)的所述基板(3)，和/或在冷却所述基板(3)之后将所述冷却肋片(7)引入所述凹部(9)中。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，将所述冷却肋片(7)沿着所述凹部(9)引入相应的所述凹部(9)中。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，在一个步骤中，将设置用于引入到所述基板(3)的所述凹部(9)中的所述冷却肋片(7)引入分别设置用于所述冷却肋片(7)的所述凹部(9)中。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，相对于所述基板(3)的所述第一侧(3a)切向地引入至少一个所述冷却肋片(7)，其中，所述凹部(9)具有尤其设计为梯形的横截面(9a)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，在将至少一个所述冷却肋片(7)切向地引入所述基板(3)时，将至少一个所述冷却肋片(7)相对于所述凹部(9)的所述横截面(9a)正交地移入所述凹部(9)中，从而尤其使所述基板(3)仅最小地变形。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其中，将至少一个所述冷却肋片(7)经由所述基板(3)的正交于侧面(3a)定向的侧面引入、尤其滑移入或拉入所述凹部(9)中。

18.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，相应的所述冷却肋片(7)包括开口(7a)，其中，将挤压工具导入所述冷却肋片(7)的所述开口(7a)中，并且借助于所述挤压工具将所述冷却肋片(7)挤压到所述凹部(9)中。

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