DE102010001565A1 - Leistungsmodul mit einer Schaltungsanordnung, elektrische/elektronische Schaltungsanordnung, Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (2) mit einer Schaltungsanordnung (4), die mindestens ein auf einem Substrat (5) angeordnetes Leistungselement (7) umfasst, wobei die Schaltungsanordnung (4) zumindest bereichsweise durch ein Mold-Gehäuse (16) eingehaust ist. Dabei ist vorgesehen, dass dem Substrat (5) eine bereichsweise miteingehauste Wärmesenke (9) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff (10) mit einem in Richtung des Substrats (5) zunehmenden Keramikanteil zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Leistungseinrichtung (1). Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul mit einer Schaltungsanordnung, die mindestens ein auf einem Substrat angeordnetes Leistungselement umfasst, wobei die Schaltungsanordnung zumindest bereichsweise durch ein Mold-Gehäuse eingehaust ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Leistungseinrichtung mit einem Leistungsmodul und einem Kühler, wobei das Leistungsmodul ein mindestens ein Leistungselement tragendes Substrat aufweist, das unter Zwischenschaltung einer Wärmesenke an dem Kühler angeordnet ist.
  • Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, insbesondere wie es oben beschrieben wurde, bei dem eine Schaltungsanordnung, die mindestens ein auf einem Substrat angeordnetes Leistungselement umfasst, zumindest bereichsweise durch ein Mold-Gehäuse eingehaust wird.
  • Stand der Technik
  • Leistungsmodule, Leistungseinrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung von Leistungsmodulen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der Einsatz von Leistungselektronik wird aufgrund der Energiesparpotenziale häufig als Antwort auf die globale Klimaerwärmung angesehen. Dabei kann Leistungselektronik in unterschiedlichsten Einsatzbereichen zur Anwendung gelangen. Die große Herausforderung der Leistungselektronik ist die Abführung der abfallenden Verlustenergie. Heutige Leistungsmodule sehen den Einsatz geeigneter Substrate vor, wie beispielsweise DBC-Substrate (Direct-Bonded-Copper-Substrat), die mittels eines Wärmeleitmediums auf einem Kühler montiert werden, um eine Leistungseinrichtung zu bilden. Bei diesem Wärmeleitmedium, das eine Wärmesenke für das Leistungsmodul bildet, handelt es sich um hochelastische Klebverbindungen auf Silikonbasis. Bei konventionellen Leistungsmodulen ist insbesondere der Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kühler und dem Substrat die Ursache für versagensrelevante thermische Spannungen im Bauteil. Eine direkte Anbindung des Substrats oder der Schaltungsanordnung auf einen Kühler kann aufgrund der thermomechanischen Anforderungen bisher nicht realisiert werden. Aus den Druckschriften DE 10 2005 040 453 A1 und 10 2006 028 675 A1 sind beispielsweise Leistungsmodule bekannt, bei denen das Substrat in direktem Kontakt zu einer Kühlflüssigkeit steht. Ein gravierender Nachteil dieses Aufbaus liegt im Einsatz von Materialien mit eingeschränkter thermischer Leitfähigkeit beziehungsweise hohen thermischen Übergangswiderständen.
  • Bei bekannten Leistungsmodulen werden die Schaltungsanordnung sowie die darauf angeordneten Leistungselemente zumindest bereichsweise durch ein sogenanntes Mold-Gehäuse eingehaust. Bei der Herstellung werden die Mold-Gehäuse um die Schaltungsanordnung herum gegossen beziehungsweise gespritzt. Hierdurch werden die empfindlichen Leistungselemente sowie die übrige Schaltungsanordnung und das Substrat vor äußeren Einflüssen geschützt und auf einfache Art und Weise eine kompakte Baugruppe, nämlich das Leistungsmodul, gebildet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Leistungsmodul zeichnet sich dadurch aus, dass dem Substrat eine bereichsweise miteingehauste Wärmesenke aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff mit einem in Richtung des Substrats zunehmenden Keramikanteil zugeordnet ist. Es ist also eine Wärmesenke vorgesehen, die ebenfalls durch das Mold-Gehäuse eingehaust und somit an dem Leistungsmodul gehalten beziehungsweise Bestandteil des Leistungsmoduls geworden ist. Die Wärmesenke ist dabei derart ausgebildet, dass sie aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff besteht und einen variierenden Keramikanteil aufweist. Der Keramikanteil der Wärmesenke nimmt dabei in Richtung des Substrats zu, sodass in der Nähe des Substrats die Wärmesenke den höchsten Keramikgehalt und entfernt von dem Substrat nur einen geringen oder keinen Keramikgehalt aufweist. Im einfachsten Fall weist die Wärmesenke nur zwei Bereiche mit unterschiedlichem Keramikanteil auf. Insbesondere ist eine Wärmesenke denkbar, die einen ersten Bereich mit einem Metallanteil von 100% und einen zweiten Bereich mit einem geringeren Metallanteil und einem entsprechend höheren Keramikanteil umfasst. Hierbei nimmt der Keramikanteil der Wärmesenke in Richtung des Substrats stufenartig zu, wobei lediglich eine Stufe vorgesehen ist. Durch den vorteilhaften gradierten Verlauf des Keramikgehalts in der Wärmesenke lässt sich eine optimale Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kühler und der Schaltungsanordnung realisieren. Ein wesentlicher Vorteil liegt darin, dass die Wärmesenke direkt mit dem Substrat in Verbindung stehen kann, ohne die sonst notwendige Schicht einer hochelastischen Klebverbindung beispielsweise auf Silikonbasis. Die thermische Leitfähigkeit der Wärmesenke wird wesentlich durch die thermische Leitfähigkeit des verwendeten Metalls bestimmt. Je höher der Metallgehalt im Metall-Keramik-Verbundwerkstoff gewählt wird, umso besser kann eine Entwärmung der Schaltungsanordnung erfolgen. Durch das bereichsweise Miteinhausen der Wärmesenke wird diese zu einem integrierten Bestandteil des Leistungsmoduls, wodurch letzteres besonders einfach an einem Kühlkörper beziehungsweise an einem Kühler für die Schaltungsanordnung angeordnet werden kann. Insbesondere lässt sich das Leistungsmodul somit auch problemlos an Kühlern anordnen, die ein flüssiges Kühlmedium aufweisen. Dabei ist es vorliegend möglich, die Wärmesenke direkt in das Kühlmedium einzutauchen. Durch das Ein-Molden der Wärmesenke ist das Leistungsmodul insgesamt dicht ausgebildet und bietet eine hohe Zuverlässigkeit. Aufgrund der hohen Medien-Korrosionsbeständigkeit von dem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff können sowohl Kühlmedien auf wässriger Basis als auch Kühlöle/-fette verwendet werden.
  • Vorteilhafterweise nimmt der Keramikanteil in Richtung des Substrats kontinuierlich oder gestuft zu, während der Metallanteil vorteilhafterweise entsprechend in Richtung des Substrats kontinuierlich oder gestuft abnimmt.
  • Besonders bevorzugt weisen die dem Substrat abgewandte Seite der Wärmesenke einen Metallgehalt von 100% und/oder die dem Substrat zugewandte Seite der Wärmesenke einen Keramikgehalt von 100% auf. Somit lässt sich ein gradierter Übergang von einem rein keramischen Bereich zu einem rein metallischen Bereich realisieren (beispielsweise 0%, 30%, 60% und 100% Metallanteil), wobei der rein metallische Bereich einem Kühler zuordenbar ist, während der rein keramische Bereich dem Substrat der Schaltungsanordnung zugeordnet ist. Das Leistungsmodul bietet somit gleichzeitig eine gute Entwärmung der Schaltungsanordnung sowie eine Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Kühler und der Schaltungsanordnung.
  • Vorteilhafterweise weist die Wärmesenke auf ihrer dem Substrat abgewandten Seite mindestens eine Kühlrippe auf. Insbesondere, wenn das Leistungsmodul an einem Kühler mit flüssigem Kühlmedium derart angeordnet wird beziehungsweise ist, dass die Wärmesenke bereichsweise in das Kühlmedium hineinragt, fördert die Kühlrippe die Entwärmung der Schaltungsanordnung durch die vergrößerte Kontaktfläche zwischen dem Kühlmedium und der Wärmesenke.
  • Als Keramikanteil sind vorteilhafterweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid und/oder andere vergleichbarer Materialien vorgesehen.
  • Als Metallanteil werden vorteilhafterweise Kupfer, Kupfer-Legierungen, Aluminium, Aluminium-Legierungen und/oder andere vergleichbare Materialien vorgesehen.
  • Schließlich ist vorgesehen, dass die Wärmesenke das Substrat der Schaltungsanordnung bildet. Zweckmäßigerweise bildet ein rein keramischer Bereich der Wärmesenke das Substrat, auf welchem die Leistungselemente, beispielsweise unter Zwischenschaltung von insbesondere kupferhaltigen Leiterbahnen, angeordnet sind. Der rein keramische Bereich der Wärmesenke bildet zweckmäßigerweise eine Deckschicht beziehungsweise ein Substrat mit hoher elektrischer Durchschlagfestigkeit (Isolation). Die Deckschicht wird wahlweise vor der Infiltration eines porösen keramischen Vorkörpers mit schmelzflüssigem Metall versintert oder über ein Sinterverfahren mit einem bereits vollständig infiltrierten Metall-Keramik-Verbundwerkstoff verbunden. Durch das vorteilhafte Leistungsmodul kann nicht nur eine Erhöhung der Leistungsdichte erreicht werden, sondern aufgrund der geringen Temperaturbelastungen auch die Zuverlässigkeit des Leistungsmoduls gesteigert werden.
  • Die Leistungseinrichtung zeichnet sich durch die Ausbildung des Leistungsmoduls wie es oben beschrieben wurde aus. Dabei ist das Leistungsmodul direkt mit der Wärmesenke auf dem Kühler angeordnet, um eine effiziente Entwärmung der Schaltungsanordnung zu gewährleisten, wobei gleichzeitig thermische Belastungen aufgrund der Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten gering gehalten werden.
  • Vorteilhafterweise weist der Kühler ein flüssiges Kühlmedium auf, mit dem die Wärmesenke bereichsweise in direktem Kontakt steht. So weist der Kühler beispielsweise eine Öffnung auf, durch welche die Wärmesenke in einen das Kühlmedium führenden Kanal des Kühlers und damit in das Kühlmedium eintauchbar ist. Weist die Wärmesenke an zumindest einer ihren freien, also nicht mit eingehausten dem Substrat abgewandten Oberflächen ein oder mehrere Kühlrippen auf, kann die Entwärmung weiter gesteigert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls zeichnet sich dadurch aus, dass dem Substrat eine Wärmesenke aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff mit einem in Richtung des Substrats zunehmenden Keramikanteil und einem in Richtung des Substrats abnehmenden Metallanteil zugeordnet wird, wobei die Wärmesenke bereichsweise miteingehaust wird. Hierdurch wird ein Leistungsmodul hergestellt, das einfach zu handhaben ist und gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit sowie eine effiziente Entwärmung insbesondere der Leistungselemente der Schaltungsanordnung bietet. Weiterhin bietet das so hergestellte Leistungsmodul eine hohe Medienbeständigkeit gegen relevante Kühlmedien, wie beispielsweise Öle/Fette und/oder Wasser.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
  • 1 eine Leistungseinrichtung mit einem vorteilhaften Leistungsmodul in einer Schnittdarstellung und
  • 2 eine Detailansicht einer Ausführungsform des Leistungsmoduls.
  • Die 1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Leistungseinrichtung 1, die ein Leistungsmodul 2 sowie einen Kühler 3 zum Abführen von Wärme des Leistungsmoduls 2 aufweist.
  • Das Leistungsmodul 2 umfasst eine Schaltungsanordnung 4, die mehrere auf einem Substrat 5 angeordnete Leiterbahnen 6 aufweist, auf denen zum Teil Leistungselemente 7 mit einer Verbindungsschicht 20 angeordnet und elektrisch mit den Leiterbahnen 6 verbunden sind. Bei den Leiterbahnen 6 handelt es sich bevorzugt um Kupfer-Leiterbahnen, bei den Leistungselementen 7 vorteilhafterweise um Halbleiterbauteile 8. Die Leistungselemente 7 sind konventionell durch beispielsweise Löt- oder Sinterverfahren montiert. Das Substrat 5 ist aus Keramik gefertigt und dient als Träger für die Schaltungsanordnung 4.
  • Das Substrat 5 liegt auf einer Wärmesenke 9 auf, die vorliegend einen T-förmigen Querschnitt aufweist. Die Wärmesenke 9 ist aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff (MMC) gefertigt und weist einen gradierten Verlauf von Metall- und Keramikanteilen derart auf, dass nahe zu dem Substrat 5 ein hoher Keramikanteil und auf der gegenüberliegenden Seite der Wärmesenke 9 ein überwiegender Metallanteil vorliegt. Bevorzugt weist die Wärmesenke 9 an ihrer dem Substrat 5 zugewandten Seite einen Keramikanteil von 100% (Metallanteil von 0%) auf, während im Bereich der dem Substrat 5 abgewandten Seite ein Metallanteil von 100% (Keramikanteil von 0%) vorliegt.
  • Die 2 zeigt hierzu einen vergrößerten Ausschnitt des Leistungsmoduls 2 in einer Schnittdarstellung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Verlauf des Keramik- beziehungsweise Metallanteils in der Wärmesenke 9 gestuft ausgebildet. Dazu weist ein erster Bereich 11 auf der der Schaltungsanordnung 4 abgewandten Seite der Wärmesenke 9 einen Metallanteil von 100% auf. Der darauffolgende Abschnitt 12 weist einen geringeren Metallanteil auf, der durch Keramikanteile ausgeglichen wird. In dem sich daran anschließenden Bereich 13 nimmt der Keramikanteil zu und der Metallanteil weiter ab. Ebenso verhält es sich in dem sich daran anschließenden Bereich 14. Der Materialverlauf innerhalb der Wärmesenke 9 sieht nunmehr vor, dass an der von dem Substrat 5 abgewandten Seite eine sogenannte Back-Plate aus bis zu 100% Metall vorliegt und an der dem Substrat 5 zugewandte Seite eine sogenannte Base-Plate aus bis zu 100% Keramik. Als Keramikkomponenten kommen dabei Oxide, Nitride und/oder Carbide in Frage, bevorzugt Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid und/oder Siliziumcarbid. Als Metalle kommen insbesondere Kupfer und Kupfer-Legierungen sowie Aluminium und Aluminium-Legierungen in Betracht.
  • Die Wärmesenke 9 wird aus einer keramischen Ausgangsmasse (Preform/Vorkörper) gebildet, die aus sphärischen Partikeln oder Fasern besteht. Der Vorkörper weist eine Gradierung/Abstufung in der Porosität des keramischen Materials auf, die durch die untenstehend beschriebenen, einzeln oder auch in Kombination anwendbaren Maßnahmen erstellbar ist. So ist die Abstufung beispielsweise durch Negativabformung unterschiedlich dicht verpresster Polyurethan-Schäume durch Keramikschlicker erstellbar. Auch ist es denkbar, den Vorkörper durch eine gradierte Schlicker-Druckfiltration zu erstellen, bei der aus zwei Reservoirs mit Schlicker unterschiedlicher Zusammensetzung, beispielsweise bezüglich Porenbildner und/oder Korngrößen, eine Schlickerform befüllt wird, wobei insbesondere kontinuierlich das Verhältnis der beiden Schlicker verändert wird. Die Herstellung eines Grünkörpers erfolgt dann mittels Durckfiltration. Im Ergebnis wird ein Grünkörper mit beispielsweise einem Gradient im Porenbildneranteil erhalten beziehungsweise eine keramische Preform mit Porositätsgradient nach einem Sinterprozess. Alternativ oder zusätzlich kann eine gradierte/gestufte Pulverpressung erfolgen, bei der Pulver mit unterschiedlicher Zusammensetzung in eine Matrize übereinander eingerakelt und anschließend verpresst wird, wobei Pulvervariationen bezüglich Korngröße und/oder Porenbildner möglich sind. Ebenso ist es denkbar, Grünkörperplatten, die bei gleichen Sinterbedingungen auf Grund von Variationen von Korngröße und/oder Porenbildneranteil unterschiedliche Porositäten ergeben, übereinander zu stapeln/schichten und zu versintern. Auch können Keramikplatten mit unterschiedlicher Porosität ausgefertigt, übereinander geschichtet und zur Verbindung vorzugsweise nachversintert werden. Schließlich ist es denkbar, in Foliengießtechnik keramische Schlicker mit unterschiedlicher Zusammensetzung, insbesondere in Bezug auf Korngröße und/oder Porenbildneranteil, übereinander zu gießen und anschließend zu versintern. Der so erhaltene Vorkörper kann vorteilhafterweise einen Porositätsgradienten von 0 vol% bis 95 vol%, bevorzugt von 0 vol% bis 65 vol% aufweisen, wobei dieser besonders bevorzugt maximal über eine Dicker der später im Bauteil erwünschten Baseplate-Dicke verläuft. Eine Schicht aus reiner Keramik wird dabei vorteilhafterweise in einer Dicke, die einer späteren Isolatorschicht entspricht, angefertigt. In jedem Fall wird anschließend der Vorkörper mit dem gewünschten (geschmolzenen) Metall infiltriert, bevorzugt druckunterstützt infiltriert, beispielsweise mittels Gasdruckinfiltration oder dem so genannten Squeeze Casting (Pressgießen). Bei dem Infiltrieren wird das erschmolzene Metall unter Druck in die offenen Poren des Keramik-Vorkörpers gepresst. Über die Größe des keramischen Vorkörpers hinaus wird durch eine entsprechende Gussform ein Umguss aus dem betreffenden Metall erhalten, der dann in der Wärmesenke als rein metallischer Bereich mit maximaler Wärmeleitfähigkeit vorliegt.
  • Vorliegend weist somit der Bereich 11 einen Metallanteil von 100% auf. Der dem Substrat am nächsten liegende Bereich 14 weist nur noch einen geringen Metallanteil von beispielsweise 15% auf, während das Substrat 5 einen Keramikanteil von 100% aufweist. Wie in der 1 dargestellt, kann das Substrat 5 dabei als separates Element auf die Wärmesenke 9 aufgebracht werden. Alternativ, wie in der 2 dargestellt, wird das Substrat 5 durch einen abschließenden Bereich 15 der Wärmesenke 9 gebildet, der einen Keramikanteil von 100% aufweist.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 sind somit die Leiterbahnen 6 und die darauf angeordneten Leistungselemente 7 direkt auf der Wärmesenke angeordnet.
  • Wie aus der 1 ersichtlich ist, ist das Leistungsmodul 2 bereichsweise durch ein Mold-Gehäuse 16 eingehaust. Das Mold-Gehäuse 16 erstreckt sich dabei auch über die Seiten der Wärmesenke 9, wobei die Unterseite(n) der Wärmesenke 9, die dem Kühler 3 zugewandt ist/sind, freiliegen. Durch das Einhausen der Schaltungsanordnung 4 sowie der Wärmesenke 9 wird ein kompaktes und einfach zu handhabendes Leistungsmodul 2 gebildet, das robust und leistungsfähig ist. Vorteilhafterweise sind zwischen dem Leistungsmodul 2 und dem Kühler 3 noch Dichtelemente 18, beispielsweise in Form eines O-Rings 19, vorgesehen, um ein Austreten von Kühlflüssigkeit zu vermeiden.
  • Der Kühler 3 bildet einen Kanal für ein flüssiges Kühlmedium 17. An seiner dem Leistungsmodul 2 zugewandten (Ober-)Seite weist der Kühler 3 eine Öffnung auf, durch die die freie Stirnseite der Wärmesenke 9 bereichsweise in den Kühler 3 und in den das Kühlmittel 17 führenden Kanal hineinragt. Bei dem Kühlmedium kann es sich um ein Medium auf wässriger Basis oder auch um ein Kühlöl oder Kühlfett handeln. Bevorzugt ragt die Wärmesenke 9 derart weit in den Kühler 3, dass sie mit dem Kühlmittel 17 direkt in Kontakt steht, sodass durch die Wärmesenke 9 Wärme direkt in das Kühlmittel 17 abgeführt werden kann. Aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit des Metall-Keramik-Verbundwerkstoffs 10 kann die Funktion der Leistungseinrichtung 1 auch über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässig gewährleistet werden. Das vorteilhafte Leistungsmodul 2 ermöglicht eine besonders vorteilhafte Entwärmung der Schaltungsanordnung 4, aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit der Wärmesenke 9 sowie einer optimierbaren Aufbau-Verbindungstechnik. Insbesondere kann aufgrund der vorliegenden Ausbildung auf Wärmeleitpasten oder Wärmeleitklebstoffe zwischen der Wärmesenke 9 und der Schaltungsanordnung 4 verzichtet werden. Durch den gradierten Verlauf von Metall- und Keramikanteil der Wärmesenke 9 lässt sich eine sehr gute Anpassung von Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb des Leistungsmoduls 2 realisieren. Der Aufbau gewährleistet dabei eine optimale Verbindung zwischen Isolator (Substrat) und Wärmesenke, mit dem wesentlichen Vorteil der fehlenden Verbindungsschicht. Durch einen hohen Metallgehalt in der Wärmesenke 9 kann gleichzeitig eine gute Entwärmung der Leistungselektronik beziehungsweise der Schaltungsanordnung 4 erreicht werde. Durch die Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten innerhalb des Stacks wird im Vergleich zu konventionellen Leistungsmodulen eine signifikant höhere Zuverlässigkeit bezüglich thermomechanischer Belastungen erzielt. Die hohe Temperaturstabilität der Werkstoffe der Wärmesenke 9 ermöglicht den Einsatz von Hochtemperatur-Leistungshalbleiterbauelementen sowie Sinter- und Hartlotverbindungen mit hoher mechanischer Stabilität. Durch die sehr gute Ableitung thermischer Verlustleistung werden besonders hohe Leistungsdichten ermöglicht, mit dem Vorteil eines Einsparpotenzials beim Halbleitermaterial einerseits und einer steigenden Zuverlässigkeit aufgrund der reduzierten absoluten Differenzen in der thermischen Ausdehnung der verwendeten Materialien andererseits. Zusätzlich kann auch der Bauraum merklich reduziert werden, durch Reduktion der Halbleiterflächen, die Verwendung der vorteilhaften Wärmesenke 9 und der integrierten keramischen Isolatorschicht beziehungsweise des integrierten Substrats 5. Auch können die Isolationsschichtdicken bei Verwendung von Keramiken mit hoher Durchschlagfestigkeit minimiert werden. Die mechanische Stabilität bleibt hierbei durch das stoffschlüssig verbundene Metall-Keramik-Verbundwerkstoff-Substrat 5 erhalten.
  • Durch Vorsehen von hier nicht näher dargestellten Kühlrippen auf der Unterseite der Wärmesenke 9, können die Grenzflächengeometrien zwischen der Wärmesenke 9 und dem Kühlmedium vergrößert werden, um die Entwärmung beziehungsweise Kühlung der Schaltungsanordnung 4 zu verbessern. Dadurch, dass die Wärmesenke 9 als Bestandteil des Leistungsmoduls 2 durch das Mold-Gehäuse 16 mit eingehaust ist, wird eine vorteilhafte Medienbeständigkeit der kompletten Baugruppe (Leistungsmodul 2) gegen relevante Kühlmedien gewährleistet. Bevorzugt erfolgt das Einhausen des Leistungsmoduls 2 durch das sogenannte Transfer-Molden.
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    • DE 102005040453 A1 [0004]
    • DE 102006028675 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Leistungsmodul (2) mit einer Schaltungsanordnung (4), die mindestens ein auf einem Substrat (5) angeordnetes Leistungselement (7) umfasst, wobei die Schaltungsanordnung (4) zumindest bereichsweise durch ein Mold-Gehäuse (16) eingehaust ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Substrat (5) eine bereichsweise miteingehauste Wärmesenke (9) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff (10) mit einem in Richtung des Substrats (5) zunehmenden Keramikanteil zugeordnet ist.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikanteil kontinuierlich oder gestuft zunimmt.
  3. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Substrat (5) abgewandte Seite der Wärmesenke (9) einen Metallanteil von 100% und/oder die dem Substrat (5) zugewandte Seite der Wärmesenke (9) einen Keramikanteil von 100% aufweisen.
  4. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (9) auf ihrer dem Substrat (5) abgewandten Seite mindestens eine Kühlrippe aufweist.
  5. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Keramikanteil Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid und/oder Siliziumcarbid vorgesehen ist.
  6. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallanteil Kupfer, mindestens eine Kupfer-Legierung, Aluminium und/oder mindestens eine Aluminium-Legierung vorgesehen sind.
  7. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke (9) das Substrat (5) bildet.
  8. Leistungseinrichtung (1) mit einem Leistungsmodul (2) und einem Kühler (3), wobei das Leistungsmodul (2) ein mindestens ein Leistungselement (7) tragendes Substrat (5) aufweist, das unter Zwischenschaltung einer Wärmesenke (9) an dem Kühler (3) angeordnet ist, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Leistungsmoduls (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Leistungseinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühler (3) ein flüssiges Kühlmedium (17) aufweist und die Wärmesenke (9) bereichsweise in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium (17) steht.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls (2), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Schaltungsanordnung (4), die mindestens ein auf einem Substrat (5) angeordnetes Leistungselement (7) umfasst, zumindest bereichsweise durch ein Mold-Gehäuse (16) eingehaust wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Substrat (5) eine Wärmesenke (9) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff (10) mit einem in Richtung des Substrats (5) zunehmenden Keramikgehalt zugeordnet und bereichsweise miteingehaust wird.
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