DE102009022877B4 - Gekühlte elektrische Baueinheit - Google Patents

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Abstract

Elektrische Baueinheit mit wenigstens einer Kühlerstruktur und mit wenigstens einem zumindest ein elektrisches Bauelement (6) auf einem Metall-Keramik-Substrat (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweisenden elektrischen Modul (16, 16a, 16b, 16c), wobei das wenigstens eine Modul (16, 16a, 16b, 16c) wenigstens zwei Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweist, welche jeweils aus wenigstens einer Keramikschicht (7, 10) bestehen, die an wenigstens einer Oberflächenseite mit einer ersten, zumindest teilweise strukturierten Metallisierung (9, 12) versehen sind, wobei die beiden Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) mit ihrer der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Seite jeweils mit einem aktiven Kühler (2, 3, 20–22, 33) zumindest thermisch verbunden sind, wobei das wenigstens eine elektrische Bauelement (6) zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) angeordnet und mit der ersten Metallisierung (9, 12) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) elektrisch sowie mit den ersten Metallisierungen (9, 12) beider Substrate thermisch verbunden ist, und wobei die erste Metallisierung (9) eines Metall-Keramik-Substrats (4) äußere elektrische Anschlüssen (15, 15a–15d) bildet, wobei zur Bildung der äußeren elektrischer Anschlüsse (15a, 15b, 15c) die Keramikschicht (7) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4) mit der strukturierten ersten Metallisierung (9) über die Außenfläche des Moduls (16) herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (7) im Bereich des jeweiligen äußeren elektrischen Anschlusses (15b, 15c, 15d) mit einer Sollbruchstelle (19) oder einem durchgehenden Schlitz (19.1) versehen ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte elektrische oder elektronische Baueinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Bekannt ist das sogenannten „DCB-Verfahrens” (Direct-Copper-Bond-Technology) beispielsweise zum Verbinden von Metallschichten oder -blechen (z. B. Kupferblechen oder -folien) miteinander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug (Aufschmelzschicht) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 37 44 120 A oder in der DE 23 19 854 C2 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug (Aufschmelzschicht) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z. B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.
  • Dieses DCB-Verfahren weist dann z. B. folgende Verfahrensschritte auf:
    • • Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
    • • Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht;
    • • Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z. B. auf ca. 1071°C;
    • • Abkühlen auf Raumtemperatur.
  • Bekannt ist weiterhin das sogenannte Aktivlot- oder AMB-Verfahren ( DE 22 13 115 A , EP 153 618 A2 ) z. B. zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit Keramikmaterial. Bei diesem Verfahren, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800–1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung ist.
  • Bekannt sind weiterhin Verfahren zum Erzeugen von Metallisierungen, insbesondere auch von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. in Dickfilmtechnik (Dickschichttechnik), bei dem eine das Metall der Metallisierung enthaltende Paste beispielsweise im Siebdruckverfahren auf das isolierende Substrat (Keramikschicht) aufgebracht und anschließend durch Erhitzen eingebracht wird.
  • Bekannt sind weiterhin gekühlte elektrische oder elektronische Baueinheiten, die im einfachsten Fall jeweils aus wenigsten einem elektrischen oder elektronischen Modul und einem Kühler, beispielsweise einem aktiven Kühler bestehen.
  • Bekannt sind weiterhin elektrische Baueinheiten mit einer Kühlerstruktur, die wenigstens zwei aktive, d. h. von einem Kühlmedium durchströmbare Kühler sowie zwischen den beiden Kühlern elektrische Module aufweisen, die zumindest thermisch mit den Kühlern verbunden sind ( US 2003/0 015 314 A1 , US 2005/0 030 717 A1 , US 2005/0 259 402 A1 , US 2007/0 044 952 A1 , US 2007/0 076 355 A1 , US 2008/0 224 303 A1 , DE 103 58 641 A1 , DE 10 2004 057 526 A1 , DE 10 2005 048 492 A1 ). Bei einer dieser bekannten Baueinheiten ( US 2008/0 224 303 A1 ) umfasst das zwischen den beiden Kühlern angeordnete Modul u. a. zwei Metall-Keramik-Substrate jeweils bestehend aus einer beidseitig mit einer Metallisierung versehenen Keramik. An wenigstens einem Metall-Keramik-Substrat ist die dortige, dem benachbarten Kühler abgewandte erste Metallisierung strukturiert. Zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten angeordnete elektrische Bauelemente sind elektrisch und thermisch mit den ersten Metallisierungen beider Substrate verbunden. Bei anderen dieser bekannten Baueinheiten ( US 2005/0 259 402 A1 , US 2007/0 044 952 A1 , DE 103 58 641 A1 ) ist die Kühlerstruktur mit wenigstens drei aktiven Kühlern und mit zwischen diesen angeordneten Modulen die leitersprossenartig ausgebildet, und zwar derart, dass die Kühler parallel zueinander und im Abstand voneinander sich zwischen Rohrstücken zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums erstrecken.
  • Bekannt sind auch elektrische Baueinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, d. h. elektrische Baueinheiten, mit einem zwischen zwei Kühlern angeordneten Modul, welche aus zwei Metall-Keramik-Substraten und zwischen diesen angeordneten Bauelementen besteht, wobei zur Bildung äußerer elektrischer Anschlüsse die Keramikschichten mit einer Metallisierung (9) über die Außenfläche des Moduls (16) herausgeführt sind ( DE 10 2007 005 233 A1 ).
  • Elektrische oder elektronische Module im Sinne der Erfindung sind insbesondere einfache oder auch komplexe elektrische oder elektronische Schaltungen oder Schaltkreise zumindest bestehend aus Metall-Keramik-Substraten und mit jeweils wenigsten einem elektrischen oder elektronischen Bauelement, auch Leistungsbauelement, z. B. Halbleiterbauelement, wie Diode, Transistor, IGBT, Thyristor usw.
  • Aktive Kühler sind im Sinne der Erfindung Kühler mit jeweils wenigstens einem von einem gas- und/oder dampfförmigen und/oder flüssigen Kühlmedium (z. B. Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen) durchströmbaren Kühlkanal.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische oder elektronische Baueinheit aufzuzeigen, die eine optimale Kühlung des wenigstens einen Moduls und des wenigstens einen elektrischen oder elektronischen Bauelementes, insbesondere auch des wenigstens einen Leistungsbauelementes sicherstellt, wobei eine Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit der Baueinheit durch unkontrolliertes Brechen einer Keramikschicht eines herausgeführten Metall-Keramik-Substrats vermieden wird und das ferner eine besonderes preiswerte Fertigung ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine elektrische Baueinheit entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgeführt.
  • Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 in vereinfachter schematischer Darstellung und im Schnitt eine elektrische oder elektronische Baueinheit;
  • 2–5 jeweils in Einzeldarstellung und im Schnitt verschiedene Anschlüsse (Terminals) der Baueinheit der 1, wobei die 3–5 erfindungsgemäß ausgebildete äußere elektrische Anschlüsse zeigen; 6 in einer Darstellung wie 1 eine weitere Ausführungsform der Baueinheit gemäß der Erfindung;
  • 7 eine Draufsicht auf die Baueinheit der 6;
  • 8 in perspektivischer Teildarstellung eine mögliche Ausführung eines aktiven Kühlers zur Verwendung bei der Baueinheit der 1 und/oder 6 und 7;
  • 9 und 10 in Teildarstellung sowie in Draufsicht eine aktive Kühlerstruktur zur Verwendung bei der Baueinheit gemäß der Erfindung;
  • 11 in perspektivischer Darstellung die Elemente der Kühlerstruktur der 9 und 10, zusammen mit einer mehrere Module umfassenden Moduleinheit;
  • 12 eine Draufsicht auf eine elektrische oder elektronische Baueinheit mit einem von einem Flachprofil gebildeten flachen Kühler;
  • 13 die elektronische Baueinheit der 12 im Schnitt;
  • 14 in perspektivischer Explosionsdarstellung einen flachen Kühler zur Verwendung bei einer elektrischen oder elektronischen Baueinheit gemäß der Erfindung;
  • 15 eine Darstellung wie 1 bei einer weiteren Ausführungsform;
  • 16 eine Draufsicht auf ein Metall-Keramik-Substrat einer elektronischen Baueinheit;
  • 17 in vereinfachter Schnittdarstellung einen flachen Kühler zur Verwendung bei einer elektrischen oder elektronischen Baueinheit.
  • Die in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete elektronische Baueinheit besteht im Wesentlichen aus zwei äußeren eine Kühlerstruktur bildenden flache plattenförmige Kühlern 2 und 3, die bei der dargestellten Ausführungsform als aktive Kühler, d. h. als von einem Kühlmedium durchströmbare Kühler, beispielsweise als Flüssigkeitskühler ausgebildet sind, aus zwei Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 sowie aus mehreren elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen 6.
  • Das Metall-Keramik-Substrat 4, welches an den in der 1 oberen Kühler 2 anschließt, enthält eine Keramikschicht 7, die auf einer Oberflächenseite mit einer durchgehenden Metallisierung 8 und auch der anderen Oberflächenseite mit einer Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. bildenden strukturierten Metallisierung 9 versehen ist.
  • in analoger Weise besteht das Metall-Keramik-Substrat 5 aus der Keramikschicht 10, der untern, durchgehenden Metallisierung 11 und der oberen, zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. strukturierten Metallisierung 11.
  • Zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 bzw. zwischen den beiden strukturierten Metallisierungen 9 und 12 sind die Bauelemente 6 angeordnet und mit diesen, die elektrischen Anschlüsse zu den Bauelementen 6 bildenden Metallisierungen in geeigneter Weise thermisch und elektrisch verbunden, und zwar beispielsweise durch Löten.
  • Die außen liegenden durchgehenden Metallisierungen 8 und 11 sind jeweils vollflächig zumindest thermisch leitend mit dem Kühler 2 bzw. 3 verbunden, und zwar z. B. über eine thermisch leitende Zwischenschicht 13 bzw. 14, die z. B. jeweils eine Lotschicht, beispielsweise eine Weichlotschicht, eine Schicht aus einem Wärmeleitkleber oder einer Wärmeleitpaste sind. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Zwischenschichten 13 und 14 mehrschichtig auszubilden, beispielsweise bestehend aus einer Lotvermittlungsschicht auf dem Kühler 2 und 3 und einer Lotschicht oder aus einer Klebevermittlungsschicht auf dem Kühler 2 und 3 und einer Wärmeleitkleberschicht. Bestehen die Zwischenschichten 13 und 14 aus einer Wärmeleitpaste, so ist durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch Spanneinrichtungen dafür gesorgt, dass die beiden Kühler 2 und 3 über die Zwischenschichten 13 und 14 angepresst gegen die Oberseite und Unterseite der Moduleinheit 16 anliegen.
  • Die Keramikschichten 7 und 10 sind beispielsweise solche aus Al2O3, Al2O3 + ZrO2, AlN, Si3N4 oder aus der Kombination einer oder mehrerer der vorgenannten Keramiken.
  • Die Metallisierungen 8, 9, 11 und 12 sind beispielsweise solche aus Kupfer oder Kupferlegierungen oder Aluminium oder Aluminiumlegierungen die Mittels geeigneter Bond-Verfahren, beispielsweise unter Verwendung des Direct-Bond-Verfahrens, des Aktivlot-Bond-Verfahrens oder unter Verwendung eines Klebers auf die jeweilige Keramikschicht aufgebracht sind, oder in Dickfilmtechnik hergestellte Metallisierungen.
  • Die elektrischen Anschlüsse (Terminals), insbesondere auch die Leistungsanschlüsse für die Baueinheit 1 sind bevorzugt nur an einer der beiden Metall-Keramik-Substrate, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform an dem Metall-Keramik-Substrat 4 vorgesehen, beispielsweise durch Herausführen der entsprechenden Metallisierung 9 oder aber jeweils eines gesonderten Leads oder Anschlusses 15, welcher mit der strukturierten Metallisierung 9 in geeigneter Weise verbunden und beispielsweise durch Freistanzen aus einem Leadframe gebildet ist.
  • Die beiden Metall-Keramik-Substrate 4 und 5 und die zwischen diesen angeordneten Bauelemente 6 bilden ein Modul, das in der 1 allgemein mit 16 bezeichnet und in der praktischen Ausführung mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse dicht vergossen ist, insbesondere auch in der Weise, dass diese Vergussmasse sämtliche zwischen den Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 und den Bauelementen 6 bestehenden Hohlräume vollständig ausfüllt, und zwar derart, dass lediglich die elektrischen Anschlüsse 15 aus dem vergossenen Modul 16 seitlich vorstehen und die Metallisierungen 8 und 11 für den thermischen Anschluss an die Kühler 2 und 3 frei liegen.
  • Die elektronische Baueinheit 1 hat den Vorteil einer besonders effektiven doppelseitigen Kühlung des Moduls 16 bzw. der Bauelemente 6, d. h. einer Kühlung sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite. Da das Modul 16 zwischen den beiden Kühlern 2 und 3 angeordnet ist, kann die elektrische Baueinheit 1 auch als thermisches Interfacemodul bezeichnet werden.
  • Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die äußeren Anschlüsse 15 von mit der strukturierten Metallisierung 9 bzw. mit dortigen Metallflächen verbundenen Leads gebildet sind. Die 2–5 zeigen jeweils in vereinfachter Darstellung und im Schnitt weitere Möglichkeiten der Ausbildung der äußeren Anschlüsse 15a–15d in der Weise, dass die Keramikschicht 7 mit wenigstens einer den jeweiligen Anschluss bildenden Metallisierung aus dem von der Vergussmasse gebildeten Gehäuse des Moduls 16 herausgeführt ist.
  • Der in der 2 mit 15a bezeichnete Anschluss ist von der unteren strukturierten Metallisierung 9 und einem durch Strukturieren der oberen Metallisierung 8 erzeugten Metallfläche 17 sowie einer die Metallisierung 9 und die Metallfläche 17 im Bereich einer Öffnung in der Keramikschicht 7 verbindenden Durchkontaktierung 18 gebildet. Die äußere elektrische Verbindung zum Anschluss 15a kann hierdurch ohne die Gefahr eines Brechens der Keramikschicht 7 durch Klemmen an den einander abgewandten Seiten der Metallisierung 9 und der Metallschicht 17 erfolgen, wobei die Durchkontaktierung 18 nicht nur eine elektrische Verbindung herstellt, sondern zugleich auch als mechanische Abstützung dient.
  • Die 3 zeigt als weitere Ausführung einen Anschluss 15b, der sich von dem Anschluss 15a lediglich dadurch unterscheidet, dass in der Keramikschicht 7 eine Sollbruchstelle 19 gebildet, die außerhalb des von der Vergussmasse gebildeten Gehäuses des Moduls 16 vorgesehen ist, und zwar derart, dass bei auf den Anschluss 15b einwirkenden und die Bruchfestigkeit der Keramikschicht 7 übersteigenden Kräften die Keramikschicht 7 in einem unkritischen Bereich, nämlich an der Sollbruchstelle 19 bricht.
  • Der in der 4 dargestellte Anschluss 15c unterscheidet sich von dem Anschluss 15b im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der Sollbruchstelle 19 in der Keramikschicht 7 ein Schlitz 19,1 eingebracht ist, sodass äußeren, auf den Anschluss 15c einwirkende und die Bruchfestigkeit der Keramikschicht 7 übersteigende Kräfte ein Brechen der Keramikschicht 7 nicht bewirken können.
  • Die 5 zeigt schließlich einen Anschluss 15d, der sich von den Anschlüssen 15b und 15c dadurch unterscheidet, dass die obere Metallfläche 17 entfallen ist.
  • Die 6 und 7 zeigen als weitere Ausführungsform eine elektrische Baueinheit 1a, die sich von der elektrischen Baueinheit 1 zunächst dadurch unterscheidet, dass insgesamt drei Kühler 20–22 sowie zwei Module 16 vorgesehen sind, und zwar derart, dass die Kühler 20–22 und in zwischen diesen angeordneten Moduleinheiten 16 eine stapelartige Anordnung oder Kühlerstruktur bilden, sodass jedes Modul 16 mit seiner Ober- und Unterseite thermisch mit einem Kühler 20 und 21 bzw. 21 und 22 verbunden ist, und zwar beispielsweise wiederum über eine Zwischenschicht.
  • Die Kühler 20–22 sind ebenfalls flache plattenförmige und aktive Kühler, d. h. von einem Kühlmedium durchströmbare Kühler. Zum Zuführen des Kühlmediums sind an der Oberseite der Baueinheit 1a Anschlüsse 23 und 24 vorgesehen, die zusammen mit Öffnungen in den Kühlern 20–22 und in die Kühler 20–22 beabstandenden Abstandhaltern 25 Verteilerkanäle zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums bilden. Durch O-Ringe oder Dichtungsringe 26 sind die Übergänge zwischen den Kühlern 20 – 22 und den Anschlüssen 23 und 24 bzw. den Abstandhaltern 25 nach außen hin abgedichtet. Durch nicht näher dargestellte Verbindung- oder Spannmittel sind die einzelnen Elemente miteinander zu der Baueinheit 1a bzw. zu der die Kühler 20–22 aufweisenden Kühlerstruktur miteinander verspannt und/oder verbunden. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, insbesondere die von den Kühlern 20–22, von den Anschlüssen 23 und 24 sowie von den Abstandhaltern 25 gebildete Kühlerstruktur kompakt, beispielsweise durch Löten oder auf andere geeignete Weise herzustellen.
  • Die Baueinheit 1a hat ebenfalls den Vorteil einer doppelseitigen und damit sehr intensiven und effektiven Kühlung der Module 16 bzw. der dortigen Bauelemente 6.
  • Bei der in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsform sind die flachen Kühler 20–22 in Draufsicht rechteckförmig ausgeführt. Die Anschlüsse 23 und 24 und die von diesen Anschlüssen, von den Abstandhaltern 25 und von den Öffnungen in den Kühlern 20–22 gebildeten Kanäle befinden sich jeweils an einer Schmalseite der rechteckförmigen Kühler 20–22 bzw. der Kühlerstruktur. Die elektrischen Anschlüsse, die in der 7 wiederum mit 15 bezeichnet sind, sind an einer oder aber an beiden Längsseiten der in Draufsicht rechteckförmigen Kühlerstruktur nach Außen geführt.
  • Die Kühler 2, 3 sowie 20–22 bestehen bevorzugt aus einem metallischen Material, z. B. aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung oder aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung und können insbesondere auch hinsichtlich ihrer von dem Kühlmedium durchströmten inneren Kühlerstruktur in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. So bestehen die Kühler beispielsweise aus mehreren flächig miteinander verbundenen Platten aus dem metallischen Werkstoff, wobei die inneren Platten dann zur Ausbildung von Mikro- oder Mikro-Kühlkanälen oder -Kühlkanälen strukturiert sind, und zwar gegebenenfalls auch mit die Ober- und Unterseite des jeweiligen Kühlers verbindenden und vom Kühlmedium umströmten Pfosten mit zusätzlichen in den Kühlmediumstrom hineinreichenden flügelartigen Kühlflächen usw.
  • Die 8 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung einen flachen, plattenförmigen aktiven Kühler 27, der beispielsweise anstelle der Kühler 2 und 3 bzw. 20–22 verwendet werden kann und besonders preiswert unter Verwendung eines Flachprofils aus einem metallischen Material hergestellt ist. Der Kühler 27 besteht im Wesentlichen aus einer quadratischen oder rechteckförmigen, aus dem Flachprofil erzeugten Platte 28, in der mehrere von einer Umfangsseite an die gegenüberliegende Umfangsseite reichende, im Flachprofil bereits vorgesehene und von dem Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle 29 ausgebildet sind. Zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums dienen zwei längs geschlitzte Rohrstücke 30 und 31, in die die Platte 28 mit ihren die Öffnungen der Kühlkanäle 29 aufweisenden Seiten hineinreicht und mit denen die Platte 28 an diesen Seiten dicht verbunden ist, sodass das Kühlmedium über das Rohrstück 30 bzw. den Innenraum dieses Rohrstückes in die Kühlkanäle 29 einströmen und über das Rohrstück 31 bzw. über den Innenraum dieses Rohrstückes aus den Kühlkanälen 29 abgeführt werden kann.
  • Zur Bildung einer Kühlerstruktur, in der zwei Kühler 27 mit ihren Platten 28 voneinander beabstandet und parallel zueinander zur Aufnahme wenigstens eines Moduls 16 zwischen diesen Platten 28 und zur beidseitigen Kühlung des Moduls 16 angeordnet sind, sind die Rohrstücke der wenigstens zwei Kühler 27 an einem Ende verschlossen und am anderen Ende jeweils mit einem gemeinsamen Kanal zum Zuführen bzw. Abführen des Kühlmediums angeschlossen.
  • Die 9–11 zeigen in vereinfachter Darstellung eine in diesen Figuren allgemein mit 32 bezeichnete Kühlerstruktur einer elektrischen Baueinheit 1b, die (Kühlerstruktur) wiederum aus mehreren flachen plattenförmigen Kühlern 33 besteht, die parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, und zwar zur Aufnahme und beidseitiger Kühlung jeweils wenigstens eines Moduls 16 zwischen jeweils zwei Kühlern 33. Die plattenförmigen und in Draufsicht beispielsweise rechteckförmigen Kühler 33 sind im einfachsten Fall wiederum metallische Platten, beispielsweise solche aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise hergestellt aus einem Flachprofil, welches innen liegend mit einer Vielzahl von Kanälen gefertigt ist. Diese bilden dann die Kühlkanäle 34, die sich bei jedem Kühler 33 von einem Plattenrand zum gegenüber liegenden Plattenrand erstrecken und an diesen Plattenrändern offen sind. An den Plattenrändern, an denen die Kühlkanäle 34 offen sind, reichen die Kühler 33 jeweils durch einen rechteckförmigen Schlitz in Rohrstücke 35 bzw. 36 hinein und sind dort dicht mit den Rohrstücken verbunden, sodass eine nach außen hin abgedichtete Verbindung wischen den Rohrstücken 35 und 36 und den Kühlern 33 zum Zuführen bzw. Abführen des Kühlmediums erreicht ist. Die beiden Rohrstücke 35 und 36 sind mit ihren Achsen parallel zueinander und voneinander beabstandet sowie senkrecht zur Ebene der Ober- und Unterseite der Kühler 33 angeordnet.
  • Zur Herstellung der elektrischen Baueinheit 1b, die wenigstens zwei Kühler 33, bevorzugt mehr als zwei Kühler 33 und zwischen jeweils zwei Kühlern 33 eingesetzte Module 16 aufweist, wird zunächst die von den Kühlern 33 und den Rohrstücken 35 und 36 gebildete Kühlerstuktur 32 gefertigt und anschließend so nachbearbeitet, dass der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Kühlern 33 exakt der Dicke der Module 16 entspricht, d. h. exakt dem Abstand der außen liegenden Flächen der äußeren Metallisierungen 8 und 11. Diese Nachbearbeitung der Kühlerstruktur 32 erfolgt beispielsweise durch entsprechendes Stauchen der Rohrstücke 35 und 36 in ihrer Achsrichtung. Hierfür werden dann zwischen den Kühlern 33 Endmaße, d. h. Formstücke aus einem geeigneten Material, z. B. aus Metall eingelegt, deren Dicke exakt der Dicke der Module 16 entspricht und die somit während des Stauchens der Rohrstücke 35 und 36 den Abstand zwischen den Kühlern 33 festlegen. Im Anschluss daran werden die Endmaße entnommen, sodass dann die Module 16 zwischen den einzelnen Kühlern 33 montiert werden können.
  • Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Kühlkanalstruktur der flachen plattenförmigen Kühler 33 von einer Vielzahl von Kühlkanälen 34 gebildet ist. Selbstverständlich sind auch andere Kühlkanalstrukturen möglich. Insbesondere ist es auch möglich, die Kühler 33 mehrlagig aus mehreren flächig miteinander verbunden Metallschichten oder -lagen herzustellen, wobei die inneren Metallschichten oder -lagen dann zur Ausbildung einer sich vielfach verzweigenden inneren Kühlkanalstruktur strukturiert oder mit Öffnungen versehen sind.
  • Es besteht die Möglichkeit, die Module 16 jeweils einzeln in den Zwischenräumen zwischen zwei einander benachbarten Kühlern 33 zu montieren, oder aber die Module 16 zu einer kammartigen Moduleinheit 16a miteinander zu verbinden, die dann auf die von den Kühlern 33 und den Rohrstücken 35 und 36 gebildete Kühlerstruktur 32 seitlich aufgeschoben bzw. aufgesetzt wird. Die kammartige Moduleinheit 16a besteht aus mehreren Modulen 16. Die voneinander beabstandeten Module 16 sind an einer ihrer Längsseiten miteinander verbunden. An der anderen Längsseite sind die zwischen den Modulen 16 gebildeten Zwischenräume offen, sodass die Moduleinheit 16a mit dieser Seite voraus seitlich auf die sich zwischen den Rohrstücken 35 und 36 leitersprossenartig erstreckenden Kühler 33 aufgesetzt werden kann, womit die Montage einer Vielzahl von Modulen 16 an der Kühlereinheit 32 in besonders einfacher Weise realisierbar ist.
  • Insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugbau und dabei speziell in unmittelbarer Nähe oder an üblicherweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Motorblöcken sind die Kühler 2, 3, 27, 33 und Kühlerstrukturen sowie deren weitere Elemente aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, und zwar zur Vermeidung einer durch die Kombination unterschiedlicher Metalle bedingten Korrosion.
  • Die 12 und 13 zeigen als weitere Ausführung der Erfindung eine gekühlte elektronische Baueinheit 40 mit einem elektrischen oder elektronischen Modul 41 und einem flachen, plattenförmigen Kühler 42. Letzterer besteht aus einer von einem Plachprofil gebildeten flachen und bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen quadratischen Kühlplatte 43 mit einer Vielzahl von Kühlkanälen 44, die sich wiederum von einem Plattenrand zum gegenüberliegenden Plattenrand erstrecken, an diesen Plattenrändern offen sind und von im Flachprofil bereits vorhandenen Kanälen gebildet sind. Zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums dienen zwei Rohrstücke 45 und 46, zwischen denen die Kühlplatte 43 angeordnet ist und die mit ihren Achsen parallel zueinander und voneinander beabstandet vorgesehen sind. Die beide Rohrstücke 45 und 46 sind an der Kühlplatte 43 derart befestigt, dass die Kühlkanäle 44 jeweils dicht in die in den Rohrstücken 45 und 46 ausgebildeten Kanäle münden. Bei der dargestellten Ausführungsform dient das Rohrstück 45 zum Zuführen und das Rohrstück 46 zum Abführen des Kühlmediums. Die Kühlkanäle 44 sind parallel zu den Oberflächenseiten der Kühlplatte 43 versetzt, können aber zusätzlich auch in Richtung der Plattendicke gegeneinander versetzt sein. Selbstverständlich kann die Kühlplatte 43 auch eine andere Formgebung aufweisen.
  • Auf der Oberseite der Kühlplatte 43 ist das elektrische oder elektronische Modul 41 vorgesehen. Letzteres besteht im Wesentlichen aus einem Metall-Keramik-Substrat 47 mit einer Keramikschicht 48 und mit Metallisierungen 49 und 50 auf beiden Oberflächenseiten der Keramikschicht 48. Die Metallisierung 49 an der Oberseite ist zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. strukturiert. Die Metallisierung 50 an der Unterseite ist durchgehend ausgeführt. Auf der Metallisierung 49 sind elektrische Bauelemente, beispielsweise Halbleiterbauelemente 51, auch wenigstens ein Leistungsbauelement vorgesehen.
  • Mit der Metallisierung 50 ist das elektrische Modul 41 mechanisch und insbesondere auch thermisch mit der Kühlplatte 43 verbunden. Hierfür ist die Kühlplatte 43 bei der dargestellten Ausführungsform an ihrer Oberseite mit einer Lotvermittlungsschicht 52 versehen, an der dann durch Auflöten bzw. über eine Lotschicht 53 das Metall-Keramik-Substrat 47 mit der Metallisierung 50 befestigt ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, das Metall-Keramik-Substrat 47 bzw. das elektrische Modul 41 unter Verwendung eines Wärmeleitklebers an der Kühlplatte 43 zu befestigen, wobei dann auf die Lotvermittlungsschicht 52 verzichtet ist und anstelle der Lotschicht 53 eine Schicht aus dem Wärmeleitkleber vorgesehen ist.
  • Insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugbau und dabei speziell in unmittelbarer Nähe oder an üblicherweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Motorblöcken sind der Kühler 42 und dabei insbesondere auch die Kühlerplatte 43 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, und zwar zur Vermeidung einer durch die Kombination unterschiedlicher Metalle bedingten Korrosion.
  • Die Keramik der Keramikschicht 48 des elektrischen Moduls 41 ist beispielsweise Al2O3, AlN, Si3N4 oder Al2O3 + ZrO2. Grundsätzlich können auch Kombinationen hiervon verwendet sein. Die Dicke der Keramikschicht 48 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,15 und 2.0 mm. Die Metallisierung 49 besteht beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und besitzt eine Dicke im Bereich von etwa 0,012–0,8 mm. Die Metallisierung 50 besteht beispielsweise aus Ag, Ag-Pd, Ag-Pt und besitzt eine Dicke im Bereich zwischen 0,01–0,09 mm. Die Lotvermittlungsschicht 52 besteht, soweit vorhanden, aus Ni, Cu, NiP und ist beispielsweise galvanisch und/oder durch Kaltgasspritzen und/oder durch Plasmaspritzen und/oder durch Flammspritzen aufgebracht.
  • Die Lotvermittlungsschicht ist beispielsweise nur dort aufgebracht, wo das Metall-Keramik-Substrat 47 durch Löten befestigt werden soll. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Lot-Vermittlungsschicht 52 auf der gesamten Oberseite des Kühlers 42 bzw. der Kühlplatte 43 vorzusehen.
  • Sofern die Verbindung zwischen dem elektrischen Modul 41 und der Kühlplatte 43 unter Verwendung eines thermisch leitenden Klebers erfolgt, ist es sinnvoll, zumindest dort, wo die Verbindung erfolgen soll, auf der Oberseite der Kühlplatte 43 eine Kleber-Vermittlungs-Schicht vorzusehen, beispielsweise aus Al2O3 mit einer Dicke etwa im Bereich zwischen 0,01 und 0,1 mm und beispielsweise erzeugt durch anionische Oxidation.
  • Die Lot-Schicht 53 besitzt beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0,02–0,5 mm. Als Lot eignen sich beispielsweise Sn-Legierungen oder aber Schichten aus Ag (bei 200–400°C und Druck gesintert). Bevorzugt wird für die Lot-Vermittlungs-Schicht ein metallisches Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 7–12 ppm verwendet, beispielsweise CuW oder CuMo.
  • Die 14 zeigt in vereinfachter perspektivischer Explosionsdarstellung einen Kühler 54 bestehend aus einem flachen, wannenartigen Unterteil oder Kühlerelement 55 mit Boden 56 und Umfangsrand 57 und aus einem auf der offenen Seite des Kühlerelementes 55 aufgesetzten Deckel 58. Bei der dargestellten Ausführungsform sind der Kühler 54 und dessen Kühlerelement 55 sowie Deckel 58 in Draufsicht rechteckförmig ausgebildet. An der Innenfläche des Bodens 56 sind Vorsprünge 59 angeformt, die bei der dargestellten Ausführungsform einen rautenartigen Querschnitt aufweisen und in mehreren gegeneinander auf Lücke versetzten Reihen parallel zu den längeren Umfangsseiten des Kühlerelementes 55 angeordnet sind. Die Vorsprünge 59, die voneinander beabstandet sind und damit zwischen sich Strömungswege für das den Kühler 54 durchströmende Kühlmedium bilden und mit der größeren Diagonale ihres rautenförmigen jeweils parallel zu den längeren Umfangsseiten des Kühlerelementes 55 orientiert sind, bilden eine Kühlerstruktur 60, die im Bereich beider Schmalseiten des Kühlerelementes 55 mit Abstand von der betreffenden Schmalseite endet. Zwischen jeder Schmalseite und der Kühlerstruktur 60 ist somit im Innenraum des geschlossenen Kühlers 54 jeweils eine Kammer 61 bzw. 62 gebildet ist, von denen beispielsweise die Kammer 61 zum Zuführen und Verteilen des Kühlmediums an die Kühlerstruktur 60 und die Kammer 62 zum Sammeln des Kühlmediums nach dem Durchströmen der Kühlerstruktur 60 dienen. Die beiden Kammern 61 und 62 sind über Anschlüsse oder Öffnungen 63, die bei der dargestellten Ausführungsform im Deckel 58 vorgesehen sind, an einen äußeren Kühlmediumkreislauf anschließbar. Bei geschlossenem Kühler 54 reichen die Vorsprünge 59 jeweils bis an die Innenseite des Deckels 58 und sind dort vorzugsweise mit dem Deckel verbunden.
  • Der Kühler 54 bzw. dessen Kühlerelement 55 und/oder Deckel 56 sind beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, z. B. aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, wobei insbesondere das Kühlerelement 55 z. B. durch Gießen und/oder Fräsen hergestellt ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, insbesondere das Kühlerelement 55 z. B. aus Kupfer unter Verwendung der DCB-Technik herzustellen, und zwar aus einer den Boden 56 bildenden Platte, aus einem den Rand 57 bildenden Rahmen sowie aus die Vorsprünge 59 bildenden Formkörpern.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Kühler 54 und dabei insbesondere dessen Kühlerelement 55 aus einem Kunststoff, beispielsweise aus Epoxidharz und dabei vorzugsweise aus Kunststoff mit wenigstens einem die Wärmeleitfähigkeit erhöhenden Zusatz, beispielsweise mit Grafit und/oder mit Kohlenstoffnanofasern oder -nanotubes herzustellen.
  • Die Verbindung des Deckelns 54 mit dem Kühlerelement 55 erfolgt in Abhängigkeit von dem für den Kühler 54 verwendeten Material, beispielsweise durch DCB-Technik, durch Löten oder durch Verkleben.
  • Auf dem Kühler 54 und dabei bevorzugt auf der den Öffnungen 63 abgewandten Unterseite des Kühlerelementes 55 ist wiederum wenigstens ein elektrisches Modul, beispielsweise das elektrische Modul 41 befestigt, und zwar in der gleichen Weise, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit den 12 und 13 beschrieben wurde.
  • Der Kühler 54 bildet an den einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Kühlfläche. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Kühler 54 in einer elektrischen Baueinheit mehrfach vorzusehen, wobei dann zwischen den Kühlern jeweils elektrische Bauelemente oder Moduleinheiten oder Module mit den Kühlern 54 im Stapel vorgesehen sind.
  • Die 15 zeigt in einer Darstellung ähnlich 1 eine elektronische Baueinheit 1c, die wiederum u. a. die beiden äußeren Kühler 2 und 3, die beiden den Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 entsprechenden Metall-Keramik-Substrate 4a und 5a, die jeweils über die Zwischenschicht 13 und 14 mit den Kühlern 2 und 3 verbunden sind, sowie die elektrische Bauelemente 6 aufweisen. Die Baueinheit 1c unterscheidet sich von der Baueinheit 1 im Wesentlichen dadurch, dass zur Bildung der elektrischen Anschlüsse zumindest die Keramikschichten 7 bzw. 10 zumindest mit der innenliegenden Metallisierung 9 bzw. 12 seitlich aus der Moduleinheit 16b herausgeführt sind. Die elektrischen Anschlüsse sind dabei im Detail beispielsweise entsprechend den Anschlüssen 15a–15d ausgeführt.
  • Die 16 zeigt eine Moduleinheit 16c, bei der die Keramikschichten der den Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 entsprechenden Substrate 4b und 5b an einem Randbereich jeweils mit einem über diesen Randbereich vorspringen Abschnitt 4b1 und 5b1 versehen sind, und zwar derart, dass der Abschnitt 4b1 gegenüber dem Abschnitt 5b1 derart versetzt ist, dass in der Aufsicht der 16 beide Abschnitte sichtbar sind. Entsprechend sind auch die auf den Keramikschichten vorgesehene Metallisierungen ausgebildet. An den Abschnitten 4b1 und 5b1 bildet diese Metallisierungen die äußeren Anschlüsse, und zwar beispielsweise wiederum in einer den Anschlüsse 15a–15d entsprechenden Ausführung.
  • Die 17 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung einen flachen Kühler 64, der aus zwei wannenartigen Kühlerelementen 55 besteht, die mit ihrer Öffnungsseite aneinander anschließen und dicht miteinander verbunden sind. In dem von den beiden wannenartigen Kühlerelementen 55 gebildeten und nach Außen geschlossenen Innenraum des Kühlers 64 sind die Vorsprünge 59 derart angeordnet, dass jeder Vorsprung 59 an einem Kühlerelement 55 an einen Vorsprung 59 am anderen Kühlerelement 55 anschließt. Bevorzugt sind die Vorsprünge 59 dabei jeweils in geeigneter Weise auch thermisch miteinander verbunden, beispielsweise unter Verwendung eines Wärme leitenden Klebers, durch Löten oder auf andere geeignete Weise.
  • Der Kühler 64 bildet an den einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Kühlfläche. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Kühler 64 in einer elektrischen Baueinheit mehrfach vorzusehen, wobei dann zwischen den Kühlern 64 jeweils elektrische Bauelemente oder Moduleinheiten oder Module mit den Kühlern 64 im Stapel vorgesehen sind.
  • Sofern die elektrischen Bauelemente oder Einheiten über eine Verbindungsschicht oder mehrere Verbindungsschichten, beispielsweise über eine Lotschicht mit den jeweiligen Kühler oder dessen Kühlelement verbunden sind, beispielsweise mit dem Kühler 2, 3, 20–22, 33, 54 oder 64, ist es zweckmäßig, die Wandstärke der an die Verbindungs- oder Lotschicht anschließenden Wandung des Kühlers sehr dünn auszubilden, und zwar so dünn, dass durch Temperaturänderungen, insbesondere des Kühlers bedingte mechanische Spannungen durch die Elastizität der dünnen Wandung des Kühlers und damit noch innerhalb des Kühlers ausgeglichen und somit nicht auf die Verbindungs- oder Lotschicht übertragen werden. Dieser Ausführung der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass temperaturbedingte oder durch Temperaturschwankungen erzeugte mechanische Spannungen von der dünnen, beispielsweise aus Metall bestehenden Wandung des Kühlers wesentlich besser und ohne Beeinträchtigung der Materialqualität und/oder -beständigkeit aufgenommen und ausgeglichen werden können, als dies in der angrenzenden Verbindungs- oder Lotschicht der Fall ist, die durch temperaturbedingte wechselde mechanische Spannung eher zerstört wird. Durch diese Ausführung kann die Lebensdauer einer elektrischen Baueinheit wesentlich verbessert werden. Die Dicke der an die Verbindungs- und/oder Zwischenschicht angrenzenden Wandung des Kühlers liegt dabei bei Ausbildung des Kühlers aus Metall, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 mm und 1,5 mm.
  • Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass weitere Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a, 1b, 1c
    elektrische Baueinheit
    2, 3
    Kühler
    4, 5
    Metall-Keramik-Substrat
    4a, 5a, 4b, 5b
    Metall-Keramik-Substrat
    4b1, 5b1
    Vorsprung
    6
    elektrisches Bauteil, Halbleiterbauteil
    7
    Keramikschicht
    8, 9
    Metallisierung
    10
    Keramikschicht
    11, 12
    Metallisierung
    13, 14
    Zwischenschicht
    15, 15a–15
    däußerer elektrische Anschluss
    16
    Modul oder Moduleinheit
    16a
    kammartige Moduleinheit
    16b, 16c
    Modul oder Moduleinheit
    17
    Metallfläche
    18
    Durchkontaktierung
    19
    Sollbruchstelle
    19.1
    Schlitz
    20, 21, 22
    Kühler
    23, 24
    Anschluss für Kühlmedium
    25
    Abstandhalter
    26
    Dichtungsring
    27
    Kühler
    28
    plattenförmiges Kühlelement
    29
    Kühlkanal
    30, 31
    Rohrstück
    32
    Kühlereinheit
    33
    Kühler oder Kühlelement
    34
    Kühlkanal
    35, 36
    Rohrstück
    40
    elektrische Baueinheit
    41
    elektrisches Modul
    42
    Kühler
    43
    Kühlplatte
    44
    Kühlkanal
    45, 46
    Rohrstück
    47
    Metall-Keramik-Substrat
    48
    Keramikschicht
    49, 50
    Metallisierung
    51
    elektrisches Bauelement
    52
    Lotvermittlungs-Schicht
    53
    Lotschicht
    54
    Kühler
    55
    wannenartiges Unterteil oder Kühlerelement
    56
    Boden
    57
    Rand
    58
    Deckel
    59
    Vorsprung
    60
    Kühlerstruktur
    61, 62
    Kammer
    63
    Öffnung
    64
    Kühler

Claims (8)

  1. Elektrische Baueinheit mit wenigstens einer Kühlerstruktur und mit wenigstens einem zumindest ein elektrisches Bauelement (6) auf einem Metall-Keramik-Substrat (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweisenden elektrischen Modul (16, 16a, 16b, 16c), wobei das wenigstens eine Modul (16, 16a, 16b, 16c) wenigstens zwei Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweist, welche jeweils aus wenigstens einer Keramikschicht (7, 10) bestehen, die an wenigstens einer Oberflächenseite mit einer ersten, zumindest teilweise strukturierten Metallisierung (9, 12) versehen sind, wobei die beiden Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) mit ihrer der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Seite jeweils mit einem aktiven Kühler (2, 3, 20–22, 33) zumindest thermisch verbunden sind, wobei das wenigstens eine elektrische Bauelement (6) zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) angeordnet und mit der ersten Metallisierung (9, 12) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) elektrisch sowie mit den ersten Metallisierungen (9, 12) beider Substrate thermisch verbunden ist, und wobei die erste Metallisierung (9) eines Metall-Keramik-Substrats (4) äußere elektrische Anschlüssen (15, 15a–15d) bildet, wobei zur Bildung der äußeren elektrischer Anschlüsse (15a, 15b, 15c) die Keramikschicht (7) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4) mit der strukturierten ersten Metallisierung (9) über die Außenfläche des Moduls (16) herausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (7) im Bereich des jeweiligen äußeren elektrischen Anschlusses (15b, 15c, 15d) mit einer Sollbruchstelle (19) oder einem durchgehenden Schlitz (19.1) versehen ist.
  2. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des jeweiligen äußeren elektrischen Anschlusses (15b, 15c, 15d) auf der der ersten Metallisierung (9) abgewandten Seite der Keramikschicht (7) eine Metallfläche (17) vorgesehen und diese Metallfläche über eine metallische Durchkontaktierung (18) mit der ersten Metallisierung elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  3. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Keramik-Substrate (4b, 5b) wenigstens eines Moduls (16c) an wenigstens einer Seite des Moduls mit über diese Seite wegstehenden Abschnitten (4b1, 5b1) versehen sind, und dass diese Abschnitte der Metall-Keramik-Substrate (4b, 5b) auch in einer Achsrichtung parallel zu den Oberflächenseiten der Substrate gegeneinander versetzt sind.
  4. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschichten (7, 10) der Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) an der der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Oberflächenseite mit einer zweiten Metallisierung (8, 11) versehen und mit dieser zweiten Metallisierung mit dem jeweiligen Kühler (2, 3, 20, 21, 22, 33) zumindest thermisch verbunden sind, beispielsweise über eine thermisch leitende Zwischenschicht (13, 14).
  5. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des wenigstens einen Moduls (16, 16a, 16b, 16c) als Leistungsmodul zumindest sämtliche äußere elektrischen Leistungsanschlüsse (15, 15a–15d) über eine gemeinsame Seite der elektrischen Baueinheit oder des Moduls (16) vorstehen.
  6. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige elektrische Modul (16, 16a, 16b, 16c, 41) oder dessen Metall-Keramik-Substrat (4, 5, 47) über wenigstens eine Zwischenschicht (13, 14, 52, 53) durch Kleben mit dem jeweiligen Kühler (2, 3, 27, 33, 42, 54, 64) verbunden ist, und dass die Zwischenschicht eine die Klebe-Vermittlungs-Schicht aus Al2O3 gebildet ist und/oder eine Dicke von 0,01–0,1 mm aufweist.
  7. Elektrische Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Modul (16, 16a, 16b, 16c, 41) oder dessen Metall-Keramik-Substrat (4, 5, 47) über wenigstens eine Zwischenschicht (13, 14, 52, 53) durch Löten mit dem jeweiligen Kühler (2, 3, 27, 33, 42, 54, 64) verbunden ist, und dass die Zwischenschicht eine Lot-Vermittlungs-Schicht aus einem metallischen Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 7–12 ppm ist, beispielsweise aus CuW und/oder CuMo.
  8. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch wenigstens eine leitersprossenartige Kühlerstruktur, die wenigstens drei flache aktive Kühler (20, 21, 22, 27, 33) aufweist, welche parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sich zwischen Rohrstücken (35, 36) zum Zuführen und Abführen eines Kühlmediums erstrecken, wobei zwischen jeweils zwei Kühlern (20, 21, 21, 22, 27, 33) jeweils mindestens ein Modul (16, 16a, 16b, 16c) mit wenigstens einem elektrischen Bauelement (6) angeordnet ist, welches mit beiden einander benachbarten Kühlern (20–22) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Moduls zumindest thermisch verbunden ist, wobei jedes Modul (16, 16a, 16b, 16c) wenigstens zwei Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweist, welche jeweils aus wenigstens einer Keramikschicht (7, 10) bestehen, die an einer Oberflächenseite mit einer ersten, zumindest teilweise strukturierten Metallisierung (9, 12) und an einer zweiten der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Oberflächenseite mit einer durchgehenden Metallisierung (8, 11) versehen sind, wobei wenigstens zwei Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) mit ihren ersten Metallisierung (9, 12) einander zugewandt sind, wobei das wenigstens eine elektrisches Bauelement (6) zwischen den beiden ersten Metallisierung (9, 12) der Metall-Keramik-Substraten (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) des jeweiligen Moduls (16, 16b, 16c) angeordnet und mit der ersten Metallisierung (9, 12) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) elektrisch sowie mit den ersten Metallisierungen (9, 12) beider Substrate thermisch verbunden ist, wobei die zweiten Metallisierung (8, 11) jeweils mit einem der Kühler (20, 21, 21, 22, 27, 33) zumindest thermisch verbunden sind, und wobei wenigstens zwei Module (16, 16b, 16c) zu einer kammartigen, auf die Kühler (33) der Kühlerstruktur (32) aufschiebbaren Moduleinheit (16a) verbunden sind.
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