DE102007046349B4 - Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls - Google Patents

Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls

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DE102007046349B4
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Abstract

Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Leistungshalbleitermodul ein Substrat mit einer Keramikplatte umfasst, die eine Metallisierung aufweist, wobei die Anordnung folgendes umfasst:
einen Behälter für den Eintritt eines Kühlmittels, umfassend eine wärmeleitende Platte;
wobei die wärmeleitende Platte zwei Seiten aufweist, eine mit der Metallisierung des Substrats verbundene Seite und die andere Seite, die mit dem Kühlmittel in Kontakt steht;
wobei die wärmeleitende Platte aus Materialien hergestellt ist, die ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC Metal Matrix Composite)-Material mit einem Füllgehalt derart umfassen, dass die Wärmeausdehnung der wärmeleitenden Platte im Bereich von 11 bis 16 ppm/K liegt.

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leistungshalbleitermodule und insbesondere eine Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Leistungshalbleitermodule umfassen einen Halbleiterbaustein und mindestens zwei auf einem oder mehreren Substraten innerhalb des Bausteins montierte Leistungshalbleiterchips. Die Leistungshalbleiterchips umfassen üblicherweise Leistungselektronikschaltungen wie etwa Gleichrichterbrücken, Gleichstromzuleitungen, IGBT-Inverter, Treiber, Steuereinheiten, Erfassungseinheiten, Halbbrückeninverter, Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (AC-DC), DC-AC-Wandler, DC-DC-Wandler, bidirektionale Hybridschalter und mehr.
  • Im Fall von mehreren Substraten sind Zwischenverbindungen von einem Substrat zu einem anderen innerhalb des Bausteins vorgesehen. Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Leistungshalbleitermodul 10 als ein Substrat eine isolierende Keramikplatte 14 mit einer Metallisierung 15 und 16 auf jeder Seite der Keramikplatte, doch reicht in einigen Fällen möglicherweise nur eine Metallisierung 15 aus. Auf der Oberseite sind die Leistungshalbleiterchips 12 durch jeglichen bekannten Fügemechanismus, z. B. Löten 13, mit dem Substrat verbunden. Auf der Unterseite ist das Substrat durch einen beliebigen bekannten Fügemechanismus, z. B. Löten 17, mit einer Basisplatte 18 verbunden. Da die Leistungselektronikschaltungen 12 des Leistungshalbleitermoduls beim Betrieb Wärme erzeugen, muss das Modul auf einer Kühlanordnung 19 wie etwa beispielsweise einer Wärmetauschanordnung oder einem Kühlkörper montiert sein. Zwischen Kühlkörper und Modul wird wärmeleitendes Fett aufgebracht.
  • Dementsprechend ist eine effiziente Wärmeübertragung zwischen dem Modul und der Kühlanordnung erforderlich. Aus diesem Grund werden viele Materialarten zum Ausbilden der verschiedenen Platten oder Schichten des Moduls sowie verschiedene Montagetechniken zum Verbinden solcher Platten miteinander verwendet. Beispielsweise können Keramiken wie etwa Al2O3, AlN, Si3N4 als das isolierende Material für das Substrat verwendet werden, und Kupfer oder Aluminium werden durch die bekannten Verfahren Direct-Copper-Bonding (DCB), Active-Metal-Brazing (AMB) oder Direct-Aluminium-Bonding (DAB) an die Keramik gebondet. Die Kupferdicke liegt im Bereich von beispielsweise 0,1 mm bis 0,6 mm, und die Keramikdicke liegt im Bereich von beispielsweise 0,2 mm bis 2 mm. Wenn das Substrat an die Basisplatte gelötet wird, wird eine Kupfer- oder eine Aluminiummetallisierung auf beiden Seiten des Keramiksubstrats ausgebildet. Je nach der Anwendung des Leistungshalbleitermoduls können Substrate auch Ni- oder Ni/Au-plattiert werden. Wenn die Metallisierung aus Aluminium besteht, ist im Fall des Lötens das Plattieren ein Erfordernis.
  • Beim Betrieb der Leistungshalbleitermodule unterliegen die Fügeschichten zwischen den Chips und dem oder den Substrat(en) und die zwischen dem oder den Substrat(en) und der Basisplatte thermisch-mechanischer Beanspruchung. Es wird erwartet, dass die Module eine große Anzahl thermischer Zyklen aushalten, d. h., wie hoch die Temperatur über den jeweiligen Temperaturwechsel steigt und abfällt. Leistungshalbleiterchips arbeiten bei Übergangstemperaturen von in der Regel unter 125°C oder 150°C. Die Übergangstemperatur ist die Temperatur des Halbleiterdie innerhalb eines Halbleiterbauelementbausteins, z. B. eines Moduls.
  • Gewisse Anwendungen wie etwa Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich erfordern jedoch eine Übergangstemperatur, die über der herkömmlicher Fälle liegt. Da beispielsweise bei Hybridfahrzeugen erwünscht ist, das Kühlmittel zum Kühlen des Verbrennungsmotors auch zum Kühlen der Leistungshalbleitermodule zu verwenden, kann die Übergangstemperatur für die Leistungshalbleiterchips bis zu 175°C oder sogar 200°C betragen. Ein Ergebnis dieser hohen Übergangstemperatur besteht darin, dass die Arbeitstemperatur beim Substrat in der Regel etwa 110°C beträgt und bis zu 140°C erreichen kann. Deshalb wäre die Fügeschicht zwischen dem Substrat und der Basisplatte dieser Substrattemperatur auf der Substratseite und der Temperatur des Kühlmittels auf der Basisplattenseite ausgesetzt. Genauer gesagt ist die Basisplattenseite der Fügeschicht der Temperatur des Kühlmittels plus einiger 10°C ausgesetzt, was sich aus der thermischen Impedanz von dem Substrat zu der Basisplatte und dem Kühlmittel ergibt. Folglich wird erwartet, dass bei Hybridelektrofahrzeugen die Fügeschicht zwischen dem Substrat und der Basisplatte einen viel größeren Temperaturbereich als im Fall herkömmlicher Anwendungen erfahren könnte – der Temperaturwechsel kann hier 30°C bis 60°C mehr betragen, was ungefähr das Doppelte des Temperaturwechsels ist, wie er in herkömmlichen Fällen angetroffen wird. Da die Lebensdauer des Moduls hinsichtlich der Anzahl der Temperaturzyklen fast exponentiell mit dem Temperaturwechsel und/oder entsprechend 1/ΔTx, wobei x > 1, abnimmt, würde die Anzahl erzielbarer Temperaturzyklen des Leistungshalbleitermoduls bei einer derartigen Anwendung im Kraftfahrzeugbereich signifikant reduziert sein.
  • Aus der US 6 245 442 B1 ist ein Ausführungsbeispiel bekannt, bei dem in Vertiefungen eines Kühlkörpers jeweils Keramiksubstrate eingesetzt sind. Die Keramiksubstrate sind auf ihrer dem Kühlkörper abgewandten Oberseite mit Kupferleiterbahnen versehen, auf die IGBTs und Freilaufdioden gelötet sind. Zwischen den Keramiksubstraten und dem Kühlkörper ist eine Metallschicht aus einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von etwa 0,1 mm angeordnet. Der Kühlkörper ist ein Gusskörper aus einem Aluminium-Siliziumkarbid Metall-Matrix-Komposit.
  • Ein anderes in der US 6 245 442 B1 erläutertes Ausführungsbeispiel betrifft einen Gusskörper, der ebenfalls aus einem Alumium-Siliziumkarbid Metall-Matrix-Komposit hergestellt ist. In Durchgangsöffnungen des Gusskörpers ist jeweils ein rohrförmiges Bauteil aus Gusseisen eingesetzt, das auf seiner Innenseite mit einem Gewinde versehen ist. Das Metall-Matrix-Komposit weist eine Ausdehnungskoeffizienten von 7 × 10–6/K auf.
  • Dementsprechend besteht ein Bedarf, die Lebensdauer solcher Module zu verlängern.
  • KURZE DARSTELLUNG
  • Eine Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls wird bereitgestellt, wobei das Leistungshalbleitermodul ein eine Keramikplatte und eine Metallisierung darauf umfassendes Substrat aufweist. Die Anordnung kann einen Behälter umfassen für den Eintritt eines Kühlmittels, umfassend eine wärmeleitende Platte; wobei die wärmeleitende Platte zwei Seiten aufweist, eine mit der Metallisierung des Substrats verbundene Seite und die andere Seite, die mit dem Kühlmittel in Kontakt steht; wobei die wärmeleitende Platte aus Materialien hergestellt sein kann, die ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC – Metal Matrix Composite)-Material mit einem Füllgehalt derart umfassen, dass die Wärmeausdehnung der wärmeleitenden Platte im Bereich von 11 bis 16 ppm/K und damit unter der von Kupfer liegt, das eine Wärmeausdehnung von 17 ppm/K (= 17 μm/m·K) aufweist. Beispielsweise kann die wärmeleitende Platte eine Wärmeausdehnung im Bereich von 11 bis 13 ppm/K oder im Bereich von 13 bis 16 ppm/K aufweisen.
  • Alternativ wird eine Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls bereitgestellt, wobei das Leistungshalbleitermodul ein eine Keramikplatte umfassendes Substrat aufweist. Die Anordnung kann einen Behälter für den Eintritt eines Kühlmittels umfassen, umfassend eine wärmeleitende Platte; wobei die wärmeleitende Platte zwei Seiten aufweisen kann, eine mit der Keramikplatte des Substrats verbundene Seite und die andere Seite, die mit dem Kühlmittel in Kontakt steht; wobei die wärmeleitende Platte aus Materialien hergestellt sein kann, die ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC – Metal Matrix Composite)-Material mit einem Füllgehalt derart umfassen, dass die Wärmeausdehnung der wärmeleitenden Platte unter der von Kupfer liegt, das eine Wärmeausdehnung von 17 ppm/K (= 17 μm/m·K) aufweist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen und die folgende Beschreibung besser verstehen. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet, wobei die Betonung statt dessen darauf liegt, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. Zudem bezeichnen in den Figuren gleiche Referenzzahlen entsprechende Teile. Es zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls nach dem Stand der Technik mit einer auf einem Kühlkörper montierten Basisplatte, wobei wärmeleitendes Fett zwischen der Basisplatte und dem Kühlkörper angeordnet ist;
  • 2 eine Querschnittsansicht eines ersten Beispiels einer Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls, umfassend ein Substrat mit Metallisierung auf beiden Seiten;
  • 3 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls, umfassend ein Substrat mit Metallisierung nur auf einer Seite;
  • 4 eine Querschnittsansicht einer weiteren Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer Ausführungsform, wobei das Substrat über eine Niedrigtemperatur-Fügetechnologie (LTJT – Low Temperature Joining Technology) mit der wärmeleitenden Platte verbunden ist;
  • 5 eine dreidimensionale Ansicht eines einzelnen oder mehrerer mit der wärmeleitenden Platte zu verbindender Bänder, um als Kühlrippen zu wirken;
  • 6 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls, umfassend Abstandshalter zum Definieren der Dicke der Lötschichtverbindungen;
  • 7 eine dreidimensionale Ansicht eines Mehrsegment-Kühlkörpers, wobei jedes Segment eine wärmeleitende Platte umfasst und die mehreren Platten durch Kanäle dazwischen miteinander verbunden sind;
  • 8 eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls, umfassend eine aus einem Aluminium-Graphit-(AlC[Aluminium-Kohlenstoff])-MMC hergestellte wärmeleitende Platte;
  • 9 eine dreidimensionale Ansicht einer MMC-Platte mit Kühlrippen als integralen Teil und
  • 10 eine dreidimensionale Ansicht eines Kühlers mit selektivem Oberflächenfinish zum Verbinden von Substraten.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Wie bereits oben erörtert, ist bei dem in 1 gezeigten Leistungshalbleitermodul nach dem Stand der Technik die Basisplatte 18 mit dem isolierenden Substrat 14 und dem Kühlkörper 19 gekoppelt. Genauer gesagt koppeln die Basisplatte 18 und wärmeleitendes Fett mit der unteren Metallisierung 16 des Substrats über eine Fügestruktur 17, wobei die Fügestruktur beispielsweise Löten ist. Das Substrat 14 ist eine aus Keramik wie etwa Al2O3, AlN, Si3N4 ausgebildete Platte. Die Metallisierung 15 und 16, aus Kupfer oder Aluminium oder irgendwelchen anderen Arten von üblicherweise verwendetem Material hergestellt, ist an beide Seiten der Keramikplatte durch eines von beliebigen bekannten Verfahren gekoppelt, wie etwa das DCB-, AMB- oder DAB-Verfahren. Außerdem kann das Substrat auch plattiert sein, z. B. Ni-, Ni/Au- oder NiAg-plattiert. Die Basisplatte kann aus Kupfer, AlSiC, MMC oder einem beliebigen anderen bekannten Material hergestellt sein. Die Basisplatte ist auf dem Kühlkörper montiert, der beispielsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellt ist.
  • Für Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich wie etwa dem oben erwähnten Hybridfahrzeug kann eine effektive Möglichkeit zum Kühlen des Moduls darin bestehen, dass sich der Verbrennungsmotor und ein Leistungshalbleitermodul das Kühlmittel teilen und der an der Basisplatte montierte Kühlkörper durch einen flüssigkeitsgekühlten Kühler ersetzt wird und das Kühlmittel des Verbrennungsmotors durch diesen Kühler läuft. Möglicherweise wird jedoch die Materialeinschränkung bezüglich der Flüssigkeit und des der Flüssigkeit innerhalb des Kühlsystems ausgesetzten anderen Materials zu berücksichtigen sein. Da Aluminium bereits Teil des Verbrennungsmotors und des Getriebes ist und gegenüber Korrosion sehr beständig ist, kann die bevorzugte Materialwahl für den Kühler deshalb Aluminium oder seine Legierungen sein. Da Aluminium einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (26 ppm/K, höher als der von Kupfer) aufweist, würde die Wechselbelastungsfähigkeit der Fügeschicht zwischen einem Kupfer-Keramiksubstrat/Kupfermetallisierung und einem Aluminiumkühlkörper nicht zufriedenstellend sein.
  • 2 ist eine Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer Ausführungsform. Der Einfachheit halber sind Anschlüsse, Kapselung und Gehäuse des Leistungshalbleitermoduls nicht gezeigt. Signifikant verschieden von dem Leistungshalbleitermodul 10 nach dem Stand der Technik von 1 ist, dass die darin erscheinende Basisplatte 18 durch einen Kühler 29 ersetzt werden kann. Der Kühler 29 kann vom Behältertyp für den Eintritt eines Kühlmittels sein. Der Kühler 29 kann mindestens eine wärmeleitende Platte 28 umfassen, die zwei Seiten aufweist. Eine Seite der wärmeleitenden Platte 28 kann mit der unteren Metallisierung 26 eines Substrats 29 eines Leistungshalbleitermoduls 20 über eine Verbindung 27 verbunden sein, mit unten zu erörternden Fügetechniken. Die andere Seite kann mit dem Kühlmittel in dem Kühlkörper in Kontakt stehen. Diese wärmeleitende Platte kann ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC – Metal Matrix Composite)-Material umfassen (oder besteht wie in dem vorliegenden Beispiel daraus) mit einem Füllgehalt, der zu einer geringen Wärmeausdehnung führt, geringer als die von Kupfer, und möglicherweise höher als die von allgemein verwendeten MMC-Materialien mit einem hohen Füllgehalt. Der Bereich der Wärmeausdehnung der Platte kann unter 17 ppm/K liegen und größer als 8 ppm/K sein oder liegt z. B. zwischen 10 und 12 ppm/K, zwischen 13 und 16 ppm/K oder zwischen 11 und 13 ppm/K.
  • Der Behälter kann einen oder mehrere Einlässe oder einen oder mehrere Auslässe für das Kühlmittel aufweisen. Bei dem Kühlmittel kann es sich um beliebige bekannte Arten wie etwa Wasser und zu dem oben umrissenen Zweck üblicherweise um Wasser, das Additive (z. B. Glykol) enthält, um Einfrieren unter 0°C zu verhindern, handeln. Das flüssige Kühlmittel kann von dem Kühlsystem kommen und/oder dorthin fließen, um den Verbrennungsmotor und/oder das Getriebe eines Kraftfahrzeugs zu kühlen. Das Substrat 24 ist wieder eine aus Keramik wie etwa Al2O3, AlN, Si3N4 ausgebildete Platte. Metallisierungen 25 und 26 können aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sein, oder irgendeine andere Art von üblicherweise verwendetem Material wird auf beide Seiten der Keramikplatte durch ein beliebiges von bekannten Verfahren wie etwa DCB-, AMB- oder DAB-Verfahren gebondet. Außerdem kann das Substrat auch Ni-, Ni/Au- oder NiAg-plattiert sein.
  • 3 zeigt eine weitere Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls gemäß einer Ausführungsform. Diese Anordnung ist ähnlich der von 2 mit Ausnahme der unteren Metallisierung 26. Bei der Anordnung von 3 weist das Substrat keine an die Unterseite davon gebondete Metallisierung auf; somit kann die Unterseite der wärmeleitenden Platte 38 direkt mit der Keramikplatte 34 des Substrats verbunden werden. Die wärmeleitende Platte 38 kann mit einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material mit einem Füllgehalt hergestellt sein, der zu einer geringen Wärmeausdehnung führt, niedriger als die von Kupfer.
  • Bei der in 2 und 3 gezeigten Kühlanordnung kann das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material der wärmeleitenden Platte 28 Aluminium oder Aluminiumlegierung als Matrix verwenden. Die Matrix kann mit einem Füllmaterial wie etwa SiC-Pulver, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren oder pyroelektrischen Graphiten usw. oder einer Mischung aus beliebigen dieser Arten gefüllt sein. Die Wärmeausdehnung von solchen Typen von Füllmaterial misst einige wenige μm/m·K (ppm/K), was es gestattet, den Wärmeausdehnungskoeffizienten des MMC auf einen beliebigen Wert zwischen 8 ppm/K und dem des Matrixmetalls, d. h. Al oder Cu, durch das Füllverhältnis abzustimmen. In einigen Fällen kann die Matrix durch 10% bis 50% (Volumenprozent) solchen Füllmaterials gefüllt sein. Das Füllverhältnis kann auch 30% bis 40% (Volumenprozent) betragen. Durch homogenes Mischen dieses Metallmatrix-Verbundwerkstoff-Materials wird der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE – Coefficient of Thermal Expansion) des Metallmatrix-Verbundwerkstoff-Materials homogen. Beispielsweise kann der jeweilige Wärmeausdehnungskoeffizient im Bereich von 11 bis 13 μm/m·K liegen oder auf 12 μm/m·K eingestellt sein. Die Dicke der wärmeleitenden Platte kann je nach den in das Gesamtleistungshalbleitermodul zu integrierenden Funktionen variieren. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Dicke im Bereich von 1 mm bis 20 mm liegen. Die aus dieser Art hergestellte wärmeleitende Platte, d. h. mit diesem Bereich an niedrigem Füllgehalt an Metallmatrix-Verbundwerkstoff-Material, kann durch eine Art von „Spritzguss” hergestellt werden: Flüssiges Metall oder flüssige Metalllegierung (wie etwa flüssiges Aluminium oder flüssige Aluminiumlegierung) und Pulver (SiC, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren, pyroelektrische Graphite usw.) können in eine Kammer eingespritzt werden, um eine gewünschte Gestalt auszubilden. Wegen der an diesem Prozess beteiligten begrenzten Schritte und der hohen Prozessgeschwindigkeit können Herstellungskosten im Vergleich zum Herstellen von MMC-Basisplatten nach dem Stand der Technik, d. h. allgemein verwendete MMC-Materialien mit einem hohen Füllgehalt, signifikant reduziert werden.
  • Wie oben erörtert kann im Hinblick auf Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich Aluminium oder Aluminiumlegierung ein geeignetes Material für den Kühlkörper sein, wenngleich sich auch andere bekannte Materialien anwenden lassen. Der Kühlkörper kann innerhalb des Behälters mit der Unterseite der wärmeleitenden Platte verbundene Rippenstrukturen enthalten. Aluminium oder Aluminiumlegierung kann gestanzt und dann zu einem einzelnen Band 51 oder mehreren gewellten Bändern 52 oder einer einzigen Mäander 53 oder einer Mehrmäanderstruktur 54 ausgebildet werden, wie in 5 gezeigt, wenngleich sich auch andere Gestalten oder Konfigurationen für die Kühlrippen anwenden lassen. Auch der Behälter kann aus Aluminium oder Aluminiumlegierung hergestellt sein. Beispielsweise kann der Behälter aus einem dünnen Aluminium- oder Aluminiumlegierungsblech ausgebildet sein. Deshalb können vorteilhafterweise die wärmeleitende Platte, die Rippenstrukturen und der Behälter zweckmäßigerweise durch eine Aluminiumhartlöttechnik miteinander verbunden werden.
  • Die Oberseite der wärmeleitenden Platte kann als ein Träger für das Substrat des Leistungshalbleitermoduls und andere Teile auf dem Modul dienen. Diese Oberseite kann durch verschiedene Techniken mit dem Substrat des Leistungshalbleitermoduls verbunden sein. Einige der Techniken sind unten beschrieben.
  • Eine Fügetechnik zum Gestatten einer großen Anzahl thermischer Zyklen ist Kleben durch wärmeleitende Kleber mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 1 W/mK, 2 W/mK oder höher als 5 W/mK. Der Kleber kann einer aus den Silikonklebern oder Epoxidharzen oder ein anderer mit Glastemperaturen über 140°C sein. Bei der Anordnung von 3 wird die bloße Keramik an die wärmeleitende Platte des Kühlkörpers geklebt. Deshalb ist keine weitere Plattierung oder Oberflächenbehandlung des Kühlkörpers erforderlich.
  • Eine weitere Fügetechnik ist das Löten. Für eine Lötverbindung kann bleifreies Lot verwendet werden. Eine Legierung SnAg (3.5), SnAg (20) oder beispielsweise ein beliebiges der Materialien in der Tabelle in US 4 170 472 A1 ist möglich. Diese Arten von Lot führen zu einer größten Lebensdauer für das Lot bezüglich eines thermischen Wechselspiels. Die zu lötenden Aluminiumoberflächen können mit Ni, Cu, Ni/Au oder einem beliebigen anderen Plattierungsmaterial plattiert sein, das für das Löten üblich ist. Die Substratunterseite kann mit der Keramik gebondetes blankes Kupfer aufweisen. Eine Aktivierung kann vor dem Löten erfolgen. Das Löten kann mit einem Vakuumlötprozess durchgeführt werden. Eine Aktivierung der zu lötenden Oberflächen kann entweder durch Aktivieren der Atmosphäre oder durch Flussmittel erfolgen.
  • Noch eine weitere Technik zum Verbinden des oder der Substrate mit dem Kühler ist die sogenannte Niedertemperaturfügetechnik (LTJT – Low Temperature Joining Technique), wie in 4 dargestellt. LTJT ist eine Sintertechnik unter Einsatz von Silberpaste und erfolgt normalerweise bei 230°C und unter einem Druck von etwa 30 MPa. Um ein Verbinden 47 durch LTJT zu erleichtern, kann ein Kühler 49 mit Ni-Au oder Cu plattiert sein. Ein Substrat 46 weist beispielsweise entweder die blanke Ni-Au- oder Cu-Metallisierung oder eine Silberplattierung (Ag) auf. Wenn LTJT zum Verbinden des oder der Substrate und des Kühlers 49 verwendet wird, kann auch das Substrat 46 zusammen mit Leistungshalbleiterchips 42 und fakultativ zusammen mit einem Metallblech 41 (beispielsweise Kupfer) auf den Chips 42 verbunden werden. Auf diese Weise würde der ganze Stapel aus Leistungshalbleitermodulen 40 in einem Fügeprozess fertiggestellt werden.
  • Ein anderer Typ des LTJT-Prozesses ist das Sintern bei einem Temperaturbereich von 150°C bis 200°C, was die Fügetemperatur so absenkt, dass sie innerhalb des Arbeitsbereichs des Leistungshalbleitermoduls oder nahe dabei liegt. Etwa bei dieser Fügetemperatur beträgt die thermisch-mechanische Beanspruchung innerhalb der Fügeschichten Null bezüglich einer Fehlanpassung bei den Wärmeausdehnungskoeffizienten. Deshalb führt eine derartige Niedertemperaturfügetechnik zu einer weiteren Beanspruchungsreduzierung während des Betriebs.
  • Für die Anwendung der LTJT-Fügetechnik können Stützstrukturen wie etwa eine Kammstruktur in die Innenseite des Kühlers integriert werden, um zu unterstützen, dem Druck des Sinterprozesses standzuhalten.
  • Eine weitere Fügetechnik kann eine mit speziellen Hochtemperaturloten sein, deren Schmelzpunkt 400°C nach der Montage übersteigt.
  • Das Plattieren einer Substratoberfläche kann ebenfalls über Ni, Ni-Au oder andere übliche Lotgrenzflächen, z. B. Cu, erfolgen. Das Plattieren kann selektiv nur an dem zu lötenden Bereich oder vollständig außerhalb des Kühlkörpers erfolgen. Selektiv gesputterte oder aufgedampfte Metallisierung wie CrNiAg kann ebenfalls eine Technik zum Erzeugen der lötbaren Oberfläche sein.
  • Analoge Techniken eignen sich zum Herstellen einer Oberfläche für die LTJT oder das Legieren.
  • Zusätzlich zu der aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff hergestellten wärmeleitenden Platte und den oben beschriebenen Fügeverfahren können viele Techniken praktiziert werden, um die Wärmeübertragung von den Leistungshalbleiterchips auf den Kühlkörper und/oder andere Leistungs- und Herstellungsfragen des Leistungshalbleitermoduls weiter zu verbessern.
  • Die Substrate können von dem DCB-, AMB-, DAB-Typ und die Keramiken Al2O3, Si3N4, AlN oder dergleichen sein. Die Keramiken können fakultative Additive für höhere mechanische Festigkeit und Elastizität aufweisen. Substrate von den Typen mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten werden bevorzugt verwendet, d. h. eine Keramikdicke so niedrig wie möglich unter dem Gesichtspunkt der Isolierungserfordernis (bis herunter zu 0,2 mm), und eine Kupferdicke so hoch wie möglich unter dem Gesichtspunkt thermo-mechanischer Beanspruchung (bis zu 1 mm), in der Regel von 0,3 mm bis 0,6 mm.
  • Substratecken oder Ecken des Bodenmetalls auf dem Substrat können abgefast oder abgerundet sein, um in den Ecken der Substrate und der Fügeschichten die thermo-mechanische Beanspruchung zu reduzieren.
  • Unter Bezugnahme auf 6 können Abstandshalter 61 in der Lotschicht durch Drahthöcker implementiert sein. Beispielsweise können Höcker auf der Oberseite einer wärmeleitenden Platte 68 eines Kühlers 69 hergestellt sein. Höcker können während des Herstellungsprozesses der wärmeleitenden Platte oder bei dem Hartlötprozess mit der wärmeleitenden Platte integriert werden. Die integrierten Höcker helfen, während der Nachbehandlung (Plattieren, Sputtern usw.) des Kühlers für das Löten eine lötbare Oberfläche zu erhalten.
  • Der Kühler kann innen eine Kühlstruktur aufweisen um, das Kühlmittel von dem Einlass zu den Rippenstrukturen, zu der wärmeleitenden Platte und zu dem Auslass zu verteilen, um an der wärmeleitenden Platte eine homogene Temperaturverteilung zu erhalten. Der Kühler kann zusätzliche Führungswände innerhalb der Kühlstruktur für eine optimale Verteilung des Kühlmittels aufweisen.
  • Unter Bezugnahme auf 7 kann ein Kühler weiterhin mehrere derartige wärmeleitende Platten 781 und 782 umfassen, wobei jede Platte ihren individuellen Behälter darunter aufweist; die wärmeleitenden Platten können zusammenschaltende Kanäle aufweisen, wodurch ein Mehrsegmentkühler entsteht. Jedes Segment kann eine Orientierung aufweisen, die von der der anderen Segmente verschieden ist, um mit mehrfach segmentierten Leistungsmodulen mit unterschiedlichen Orientierungen innerhalb des dreidimensionalen Raums kompatibel zu sein. Die zusammenschaltenden Kanäle zum Verteilen von Kühlmittel zu verschiedenen Segmenten können so ausgelegt sein, dass sie für jedes Segment eine ähnliche Flüssigkeitseinlasstemperatur aufweisen.
  • Ein Kühlkörper oder der Mehrsegmentkühlkörper kann integrierte Mittel für die Montage der ganzen Module in einen Wagen, das Getriebe oder für die Leistungselektronik eines Hybridfahrzeugs geeignete Plätze aufweisen. Solche Mittel können lediglich Befestigungslöcher zum Anschrauben des Kühlers an einen reservierten Ort sein. Kühlmittelverbindungen des Kühlers mit dem Kühlsystem des Wagens, zum Beispiel dem Kühlsystem des Verbrennungsmotors, können identisch mit üblichen Passstücken in dem Fahrzeug sein. Schläuche können als die Schnittstelle dienen.
  • Rippenstrukturen, die an der Innenseite des Kühlers angebracht sind (oder mit dieser verbunden sind), können verwendet werden, da sie in vielen Fällen die Kühlleistung signifikant verbessern können. Rippen können an der wärmeleitenden Platte angebracht sein, um die Oberfläche zu vergrößern und als solche mehr wärme von der Platte zu ziehen und sie in das Kühlmittel zu verteilen. Der Querschnitt und die Dichte der Rippen sind für eine Wärmeübertragung von der MMC-Platte in das Kühlmittel optimiert. Aluminium- oder Aluminiumlegierungsrippen können an dem Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbehälter durch eine Aluminiumhartlöttechnik angebracht sein, was bei der Herstellung von Wärmetauschern für Kraftfahrzeuge eine übliche Praxis darstellt. Die Implementierung von Rippen kann auch Teil des Formprozesses der wärmeleitenden Platte sein, bestimmt durch die Gestalt des Formwerkzeugs.
  • Rippen können aus gestanztem und gebogenem Aluminium oder gestanzter und gebogener Aluminiumlegierung hergestellt werden und können eine beliebige bekannte Form annehmen, wobei gewellte Bänder wie in 5 gezeigt ein Beispiel sind. Entweder ein einzelnes Band 51 oder ein Stapel (mehrere) Binder 52 ist möglich. Die gewählte Struktur der Binder und die dünne Wand des Behälters sowie die Geometrie davon können sorgfältig gewellt werden, um Raum zuzulassen, um die Differenz bei der Dehnung (Fehlanpassung beim Wärmeausdehnungskoeffizienten) zwischen den Bändern, dem Behälter und der MMC-Platte zu berücksichtigen. Andere Typen von Rippenstrukturen können aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gestanzt und durch Aluminiumhartlöten in den Kühler integriert werden. Beispielsweise ermöglichen Bänder mit einer 90°-Drehung und mehrere parallel orientierte Bänder, dass das Kühlmittel innerhalb der durch die Bänder ausgebildeten Kanäle einem schlangenförmigen Weg folgt, wie in 5 gezeigt. Auch kleine Zylinder oder andere dreidimensionale Stücke können als Rippen verwendet werden.
  • Bei einem weiteren, in den Zeichnungen nicht gezeigten Beispiel, einer als eine wärmeleitende Platte des Kühlers dienenden Aluminium-Graphit-MMC-(AlC)-Platte wird AlC verwendet, das ein weiches Material ist und sich leicht biegt, wenn aufgrund der verbleibenden Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der wärmeleitenden Platte des Kühlkörpers eine thermo-mechanische Beanspruchung erzeugt wird.
  • 8 zeigt einen weiteren Kühler mit einer wärmeleitenden Platte 83. Ein Behälter, z. B. 29, wird mit der wärmeleitenden Platte 83 entlang einer Mäanderlinie 81 verbunden. Referenz 82 gibt die Grenze des Kühlmittels an. Rippen vom Bandtyp innerhalb des Kühlkörpers und des Behälters sind selbst flexible Strukturen. Diese Faktoren bedeuten, dass sich die ganze Bodenstruktur (Behälter und Rippen) des Leistungshalbleitermoduls unterschiedlich entsprechend ihrer Differenz bei der Wärmeausdehnung dehnen kann, da keine gerade lange Fügelinie zwischen den verschiedenen Materialien vorliegt; dadurch wird die thermo-mechanische Beanspruchung reduziert.
  • 9 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine MMC-Platte 91 mit Kühlrippen 92 als integralem Teil. Bei diesem Beispiel weisen die Rippen die Form rechteckiger Röhren oder einer Rhombusform auf, können aber jede andere bekannte Form aufweisen.
  • 10 ist eine dreidimensionale Ansicht eines Kühlers 101 mit selektivem Oberflächenfinish 102 zum Verbinden mehrerer Substrate. Das selektive Oberflächenfinish ist an eine MMC-Platte 103 unter den jeweiligen Substraten angeordnet. Der Kühler 101 ist ein Behälter, der eine Kammer mit einem Kühlmitteleinlass 104 und einem Kühlmittelauslass 105 definiert.
  • Wie aus dem oben Gesagten ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung mehrere Vorteile liefern. Zuerst liefert das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material zum Herstellen der koppelnden Platte (wärmeleitende Platte) der Anordnung einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Zweitens kann die aus derartigem Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material hergestellte wärmeleitende Platte durch Prozesse hergestellt werden, die schneller und weniger aufwendig sind als Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik für Leistungsmodulbasisplatten. Drittens ist im Hinblick auf Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich Aluminium oder Aluminiumlegierung ein bevorzugtes Material für die Anordnung. Wenn die Oberfläche der wärmeleitenden Platte, die Rippenstrukturen und der Behälter aus Aluminium oder Aluminiumlegierung hergestellt sind, können sie durch eine Aluminiumhartlöttechnik, die leicht zu handhaben ist, miteinander verbunden werden.
  • Bekannte Typen von Metallmatrix-Verbundwerkstoff sind beispielsweise AlSiC, CuMo, CuW, CuSiC und AlC. Der einen niedrigen Füllgehalt aufweisende MMC weist einen reduzierten Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) von etwa 12 μm/m·K (ppm/K) auf und kann deshalb die Fehlanpassung bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der wärmeleitenden Platte unter den eines Moduls mit Kupferbasisplatte reduzieren, bietet aber dabei Aluminium (Aluminiumlegierung) als Kühlermaterial. Somit kann thermomechanische Beanspruchung in der Fügeschicht zwischen dem Substrat und der Basisplatte ausreichend reduziert werden, eine ausreichend hohe Anzahl an Temperaturzyklen kann erzielt werden und Anforderungen aus dem Kraftfahrzeugbereich hinsichtlich Kühlkörpermaterial werden für das Leistungshalbleitermodul erfüllt.

Claims (48)

  1. Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Leistungshalbleitermodul ein Substrat mit einer Keramikplatte umfasst, die eine Metallisierung aufweist, wobei die Anordnung folgendes umfasst: einen Behälter für den Eintritt eines Kühlmittels, umfassend eine wärmeleitende Platte; wobei die wärmeleitende Platte zwei Seiten aufweist, eine mit der Metallisierung des Substrats verbundene Seite und die andere Seite, die mit dem Kühlmittel in Kontakt steht; wobei die wärmeleitende Platte aus Materialien hergestellt ist, die ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC Metal Matrix Composite)-Material mit einem Füllgehalt derart umfassen, dass die Wärmeausdehnung der wärmeleitenden Platte im Bereich von 11 bis 16 ppm/K liegt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Metallisierung mindestens eines der Materialien aus der Gruppe von Kupfer und Aluminium umfasst.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Keramikplatte mindestens eines der Materialien aus der Gruppe von Al2O3, AlN und Si3N4 umfasst.
  4. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Behälter weiterhin mindestens einen Einlass und einen Auslass für das Kühlmittel umfasst.
  5. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine oder mehrere Kühlrippen, Bänder oder Mäanderstrukturen, die mit der anderen Seite der wärmeleitenden Platte verbunden sind.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als Matrix umfasst.
  7. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Füllgehalt des Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Materials mindestens eines von SiC, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren und pyroelektrischem Graphit ist.
  8. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material mit 10 Vol.-% bis 50 Vol.-% des mindestens einen von SiC, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren und pyroelektrischem Graphit gefüllt ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material mit 30 Vol.-% bis 40 Vol.-% des mindestens einen von SiC, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren und pyroelektrischem Graphit gefüllt ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Füllgehalt des Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Materials homogen gemischt ist.
  11. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die wärmeleitende Platte eine Dicke von 1 mm bis 20 mm aufweist.
  12. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche der einen Seite der wärmeleitenden Platte Aluminium, Kupfer beziehungsweise ihre Legierungen ist.
  13. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Behälter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
  14. Anordnung nach Anspruch 5, wobei die Kühlrippen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
  15. Anordnung nach Anspruch 12, wobei der Behälter und die Kühlrippen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind und die wärmeleitende Platte, die Kühlrippen und der Behälter durch Aluminiumhartlöten verbunden sind.
  16. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend mehrere der wärmeleitenden Platten, wobei jede Platte einen jeweiligen, mit der anderen Seite davon verbundenen Behälter aufweist und die Anordnung weiterhin das Zusammenschalten von Kanälen zwischen den Behältern umfasst.
  17. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das mit der einen Seite der wärmeleitenden Platte mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit über 1 W/mK verbundene Substrat.
  18. Anordnung nach Anspruch 17, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit höher als 2 W/mK an die eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist.
  19. Anordnung nach Anspruch 17, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit höher als 5 W/mK an die eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist.
  20. Anordnung nach Anspruch 17, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern aus Silikonklebern oder Epoxidharzen oder einem anderen mit Glastemperaturen über 140 Grad Celsius an die eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist.
  21. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das mit der einen Seite der wärmeleitenden Platte durch eine Sintertechnik unter Einsatz von Silberpaste verbundene Substrat, wobei die Sintertechnik bei einer Temperatur zwischen 200 und 260 Grad Celsius und einem Druck zwischen 25 und 35 MPa durchgeführt wurde.
  22. Anordnung nach Anspruch 17, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit über 5 W/mK an eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist und wobei das Substrat durch die bei einem Bereich von 150 Grad Celsius bis 200 Grad Celsius durchgeführte Sintertechnik mit der einen Seite der wärmeleitenden Platte verbunden ist.
  23. Anordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das mit der einen Seite der wärmeleitenden Platte durch Hochtemperaturlote, deren Schmelzpunkt nach der Montage 400 Grad Celsius übersteigt, verbundene Substrat.
  24. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleitermodul Leistungselektronikschaltungen umfasst, die einen beliebigen aus der Gruppe von Gleichrichterbrücke, Gleichstrom-Zuleitung, IGBT-Inverter, Treiber, Steuerschaltungen, Erfassungseinheit, Halbbrückeninverter, Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (AC-DC), DC-AC-Wandler, Matrixwandler, bestehend aus bidirektionalen Hybridschaltern, enthält.
  25. Anordnung zum Kühlen eines Leistungshalbleitermoduls, wobei das Leistungshalbleitermodul ein Substrat mit einer Keramikplatte aufweist, wobei die Anordnung folgendes umfasst: einen Behälter für den Eintritt eines Kühlmittels, umfassend eine wärmeleitende Platte; wobei die wärmeleitende Platte zwei Seiten aufweist, eine mit der Keramikplatte des Substrats verbundene Seite und die andere Seite, die mit dem Kühlmittel in Kontakt steht; wobei die wärmeleitende Platte aus Materialien hergestellt ist, die ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC – Metal Matrix Composite)-Material mit einem Füllgehalt derart umfassen, dass die Wärmeausdehnung der wärmeleitenden Platte im Bereich von 11 bis 16 ppm/K liegt.
  26. Anordnung nach Anspruch 25, wobei das Substrat eine Metallisierung mit mindestens einem der Materialien aus der Gruppe von Kupfer und Aluminium umfasst.
  27. Anordnung nach Anspruch 25, wobei die Keramikplatte mindestens eines der Materialien aus der Gruppe von Al2O3, AlN und Si3N4 umfasst.
  28. Anordnung nach Anspruch 25, wobei der Behälter weiterhin mindestens einen Einlass und einen Auslass für das Kühlmittel umfasst.
  29. Anordnung nach Anspruch 25, weiterhin umfassend eine oder mehrere Kühlrippen, Bänder oder Mäanderstrukturen, die mit der anderen Seite der wärmeleitenden Platte verbunden sind.
  30. Anordnung nach Anspruch 25, wobei das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als Matrix umfasst.
  31. Anordnung nach Anspruch 25, wobei der Füllgehalt des Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Materials mindestens eines von SiC, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren und pyroelektrischem Graphit ist.
  32. Anordnung nach Anspruch 25, wobei das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material mit 10 Vol.-% bis 50 Vol.-% des mindestens einen von SiC, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren und pyroelektrischem Graphit gefüllt ist.
  33. Anordnung nach Anspruch 25, wobei das Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Material mit 30 Vol.-% bis 40 Vol.-% des mindestens einen von SiC, Kohlenstoffgraphit, Kohlenstoffnanoröhren und pyroelektrischem Graphit gefüllt ist.
  34. Anordnung nach Anspruch 25, wobei der Füllgehalt des Metallmatrix-Verbundwerkstoff-(MMC)-Materials homogen gemischt ist.
  35. Anordnung nach Anspruch 25, wobei die wärmeleitende Platte eine Dicke von 1 mm bis 20 mm aufweist.
  36. Anordnung nach Anspruch 25, wobei die Oberfläche der einen Seite der wärmeleitenden Platte Aluminium, Kupfer beziehungsweise ihre Legierungen ist.
  37. Anordnung nach Anspruch 25, wobei der Behälter aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.
  38. Anordnung nach Anspruch 29, wobei die Kühlrippen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind.
  39. Anordnung nach Anspruch 36, wobei der Behälter und die Kühlrippen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sind und die wärmeleitende Platte, die Kühlrippen und der Behälter durch Aluminiumhartlöten verbunden sind.
  40. Anordnung nach Anspruch 25, weiterhin umfassend mehrere der wärmeleitenden Platten, wobei jede Platte einen jeweiligen, mit der anderen Seite davon verbundenen Behälter aufweist und die Anordnung weiterhin das Zusammenschalten von Kanälen zwischen den Behältern umfasst.
  41. Anordnung nach Anspruch 25, weiterhin umfassend das mit der einen Seite der wärmeleitenden Platte mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit über 1 W/mK verbundene Substrat.
  42. Anordnung nach Anspruch 25, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit höher als 2 W/mK an eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist.
  43. Anordnung nach Anspruch 41, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit höher als 5 W/mK an eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist.
  44. Anordnung nach Anspruch 41, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern aus Siliziumklebern oder Epoxidharzen oder einem anderen mit Glastemperaturen über 140 Grad Celsius an die eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist.
  45. Anordnung nach Anspruch 25, weiterhin umfassend das mit der einen Seite der wärmeleitenden Platte durch eine Sintertechnik unter Einsatz von Silberpaste verbundene Substrat, wobei die Sintertechnik bei einer Temperatur zwischen 200 und 260 Grad Celsius und einem Druck zwischen 25 und 35 MPa durchgeführt wurde.
  46. Anordnung nach Anspruch 41, wobei das Substrat mit wärmeleitenden Klebern mit einer Wärmeleitfähigkeit über 5 W/mK an die eine Seite der wärmeleitenden Platte geklebt ist und wobei das Substrat durch die bei einem Bereich von 150 Grad Celsius bis 200 Grad Celsius durchgeführte Sintertechnik mit der einen Seite der wärmeleitenden Platte verbunden ist.
  47. Anordnung nach Anspruch 25, weiterhin umfassend das mit einer Seite der wärmeleitenden Platte durch Hochtemperaturlote, deren Schmelzpunkt nach der Montage 400 Grad Celsius übersteigt, verbundene Substrat.
  48. Anordnung nach Anspruch 25, wobei das Leistungshalbleitermodul Leistungselektronikschaltungen umfasst, die einen beliebigen aus der Gruppe von Gleichrichterbrücke, Gleichstrom-Zuleitung, IGBT-Inverter, Treiber, Steuerschaltungen, Erfassungseinheit, Halbbrückeninverter, Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (AC-DC), DC-AC-Wandler, Matrixwandler, bestehend aus bidirektionalen Hybridschaltern, enthält.
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