DE102011088218A1 - Elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Leistungsmodul (1, 2) mit thermischen Kopplungsschichten (3) zu einem Entwärmungselement (4). Das Leistungsmodul (1, 2) weist mindestens einen Halbleiterchip (5), dessen Unterseite (6) eine metallische Elektrode (7) besitzt, auf. Der Halbleiterchip (5) ist mit seiner unterseitigen metallischen Elektrode (5) auf einer Kupferleiterbahn (8) fixiert. Die Kupferleiterbahn (8) ist als erste thermische Kopplungsschicht (3) auf der Unterseite (9) des Leistungsmoduls (1, 2) angeordnet. Ein Laminat (10) weist eine thermisch leitende Isolationsfolie (11) als zweite thermische Kopplungsschicht (3) zu dem Entwärmungselement (4) auf. Die Unterseite (9) des Leistungsmoduls (1, 2) ist mit der Kupferleiterbahn (8) auf dem Laminat (10) aus der thermisch leitenden Isolationsfolie (11) und dem Entwärmungselement (4) fixiert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement. Das Leistungsmodul weist mindestens einen Halbleiterchip, dessen Unterseite eine metallische Elektrode besitzt, auf. Der Halbleiterchip ist mit seiner unterseitigen metallische Elektrode auf einer Kupferleiterbahn fixiert. Die Kupferleiterbahn ist als erste thermische Kopplungsschicht auf der Unterseite des Leistungsmoduls angeordnet.
  • Aus der Druckschrift KR 100 768 235 B ist dazu eine Wärmeverteilungsstruktur einer gedruckten Schaltungsplatine bekannt, die ein oberflächenmontiertes Leistungsbauteil, ein Substrat in Form der gedruckten Schaltungsplatine, eine dielektrische Schicht und eine Wärmesenke als Entwärmungselement aufweist. Das Leistungsbauteil ist mit dem Substrat verbunden, und die Wärmesenke ist auf der anderen Seite des Substrats angebracht, während dazwischen eine dielektrische Schicht angeordnet ist. Die dielektrische Schicht bildet einen elektrischen Isolator zwischen dem Substrat aus einer gedruckten Schaltungsplatine und der Wärmesenke als Entwärmungselement.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2009 014 795 B3 ist darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls mit einer elektrisch isolierenden und thermisch gut leitenden als Beschichtung aufgetragenen Schicht bekannt. Für die elektrisch isolierende und thermisch gut leitende Beschichtung sind aufgespritzte, miteinander verschmolzene Partikel eines elektrisch isolierenden, thermisch gut leitenden Materials vorgesehen. Ein Flachleiterrahmen aus einem einstückigen Stanzgitter wird dazu zunächst mit Halbleiterbausteinen bestückt und anschließend wird das eingebettete und bestückte Stanzgitter auf einer Unterseite durch thermisches Spritzen mit der elektrisch isolierenden, thermisch gut leitenden Beschichtung beschichtet.
  • Derartige Leistungsmodule, wie sie aus dem obigen Stand der Technik bekannt sind, schalten Ströme mit einem hohen Wirkungsgrad, der jedoch stets unter 100% liegt. Unter Dauerlastbedingungen ist die infolge der Verlustleistung entstehende Wärmemenge so groß, dass diese über eine thermisch optimierte Anbindung an ein Entwärmungselement bzw. eine Wärmesenke abgeführt werden muss. Die maximale Stromtragfähigkeit derartiger Leistungsmodule hängt somit nicht nur von dem Halbleiterchip ab, sondern wird auch durch die Qualität der thermischen Anbindung an das Entwärmungselement bestimmt.
  • Diese thermische Anbindung wird über die Substrate der gedruckten Schaltungsplatinen, wie die obigen Druckschriften zeigen, und durch eine dielektrische Isolierung der stromführenden Leiterbahnen der gedruckten Schaltungsplatinen von dem Entwärmungselement, wie einem Kühlkörper, realisiert. Die Leiterbahnen oder die gedruckten Schaltungen werden wiederum über eine Wärmeleitpaste oder über Lötverbindungen thermisch mit dem Entwärmungselement bzw. dem Kühlkörper verbunden. Wird in anderen Fällen ein Flachleiterrahmen als Stanzgitter eingesetzt, erfolgt hier die elektrische Isolation über Keramikscheiben oder über die in den obigen Druckschriften erwähnten aufgespritzten, thermisch leitenden, aber elektrisch isolierenden Keramikschichten.
  • Durch Einsatz von Wärmeleitpasten entsteht ein relativ hoher thermischer Widerstand zwischen dem Leistungsmodul und dem Entwärmungselement. Außerdem folgt bei hoher Verlustwärmeabgabe ein Austreiben der Wärmeleitpaste unterhalb des Leistungsbauelements, was die Lebensdauer beeinträchtigen kann und zu thermischer Überlastung führen kann. Werden Wärmeleitpasten eingesetzt, die elektrisch nicht isolierend sind, so kann zwar die thermische Leitfähigkeit verbessert werden, jedoch ist eine weitere Isolationsschicht vorzusehen, um sicherzustellen, dass es nicht zu elektrischen Kurzschlüssen mit den Leiterbahnen kommt.
  • Ein Auflöten des Leistungsbauelements auf ein Entwärmungselement, wie auf eine Kühlplatte liefert zwar den niedrigsten thermischen Widerstand, setzt jedoch voraus, dass innerhalb des Leistungsbauelements eine zuverlässige elektrische Isolierungsschicht vorgesehen wird. Dennoch besteht das Risiko, dass es in Folge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der stoffschlüssig über das Lot verbundenen Materialien zu einer Lotzerrüttung kommen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement vorgeschlagen. Das Leistungsmodul weist mindestens einen Halbleiterchip, dessen Unterseite eine metallische Elektrode besitzt, auf. Der Halbleiterchip ist mit seiner unterseitigen metallischen Elektrode auf einer Kupferleiterbahn fixiert. Die Kupferleiterbahn ist als erste thermische Kopplungsschicht auf der Unterseite des Leistungsmoduls angeordnet. Ein Laminat weist eine thermisch leitende Isolationsfolie als zweite thermische Kopplungsschicht zu dem Entwärmungselement auf. Die Unterseite des Leistungsmoduls ist mit der Kupferleiterbahn auf dem Laminat aus der thermisch leitenden Isolationsfolie und dem Entwärmungselement fixiert.
  • Beim Betrieb des Leistungsmoduls wird somit direkt die Verlustwärme, welche in dem mindestens einen Halbleiterchip entsteht, über dessen unterseitig angeordnete metallische Elektrode direkt auf eine Kupferleiterbahn als erste thermische Kopplungsschicht geleitet, wobei das elektrische Potential der Kupferleiterbahn von dem Entwärmungselement durch die thermisch leitende Isolationsfolie elektrisch entkoppelt wird und das Entwärmungselement mit dem Verlustwärme erzeugenden Halbleiterchip über die Kupferleiterbahn und die thermisch leitende Isolationsfolie thermisch verbunden wird. Erfindungsgemäß wird diese Doppelfunktion von dem Laminat aus einer thermisch leitenden Isolationsfolie und dem Entwärmungselement erfüllt.
  • Das Entwärmungselement kann ein Kühlkörper mit einer Oberseite, auf der die Isolationsfolie unter Ausbildung des Laminats aus Kühlkörper und dielektrischer Isolationsfolie auflaminiert ist, sein. Der Kühlkörper weist dazu eine parallel zu der Oberseite ausgerichtete Unterseite auf, über die ein gleichmäßig flächiger Laminierungsdruck auf das Laminat beim Laminieren aufbringbar ist. Wenn der Kühlkörper auf seiner Unterseite Kühlrippen aufweist, so sollten die Kühlrippenspitzen eine zu dem Laminat parallele Fläche bilden, um sicher den gleichmäßigen Flächenlaminierungsdruck auf das Laminat ausüben zu können.
  • Um die Kühlwirkung des Entwärmungskörpers weiter zu verbessern, ist es vorgesehen, dass ein hermetisch abgedichteter Blechdeckel die Kühlrippen umhüllt und ein Kühlmedium entlang der Kühlrippen leitet. Um eine derartige hermetische Abdichtung zwischen Blechdeckel und Entwärmungselement zu erreichen, ist eine Feststoffdichtung zwischen Randbereichen des Blechdeckels und Randbereichen des Kühlkörpers angeordnet.
  • Neben der oben erwähnten metallischen Elektrode auf der Unterseite des Halbleiterchips kann dieses Halbleiterchip des Leistungsmoduls außerdem metallische Elektroden auf seiner Oberseite aufweisen, die mit metallischen Leiterbahnen aus Flachleitern elektrisch in Verbindung stehen, wobei die Flachleiter aus einem Kunststoffgehäuse des Leistungsmoduls herausragen. Dazu weist das Kunststoffgehäuse eine Kunststoffmasse auf, in die das mindestens eine Halbleiterchip, teilweise die Flachleiter und teilweise die unterseitige Kupferleiterbahn eingebettet sind. Außerdem kann einer der Flachleiter zusätzlich mit der unteren Kupferleiterbahn elektrisch in Verbindung stehen.
  • Das Leistungsmodul kann darüber hinaus zwischen der laminierten thermisch leitenden Isolationsfolie und der Unterseite der Kupferleiterbahn sowie zwischen der laminierten thermisch leitenden Isolationsfolie und der Oberseite des Kühlkörpers eine oder auch mehrere Klebstoffschichten aufweisen, die unter einem Laminierungsdruck und bei einer entsprechenden Laminierungstemperatur wirksam wird oder wirksam werden. Die Dicke einer derartigen Klebstoffschicht ist nicht vergleichbar mit Dicken von Wärmeleitpasten und liegt im Bereich zwischen 30 µm–200 µm. In vorteilhafter Weise bildet die mindestens eine Klebstoffschicht selbst den Isolator.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls weist nachfolgende Verfahrenschritte auf. Zunächst wird mindestens ein Halbleiterchip, dessen Unterseite eine metallische Elektrode aufweist, hergestellt. Derartige Halbleiterchips für Leistungsmodule sind vorzugsweise als MOS-Leistungstransistoren oder als IGBT-Transistoren ausgebildet, auf deren Unterseite jeweils eine metallische Elektrode für einen Drain-Anschluss vollflächig vorgesehen ist. Die Unterseite dieses mindestens einen Halbleiterchips wird unter einem elektrisch leitenden Verbinden auf eine Kupferleiterbahn aufgebracht, die als erste thermisch leitende Kopplungsschicht zu einem Wärmeleitungselement auf der Unterseite des Leistungsmoduls zur Verfügung steht.
  • Als nächster Schritt wird ein elektrisches Verbinden von Flachleitern mit Elektroden der Oberseite des mindestens einen Halbleiterchips und ein Einbetten des Halbleiterchips und von Teilen der Flachleiter sowie der Oberseite der unterseitig angeordneten Kupferleiterbahn in eine Kunststoffgehäusemasse zu einem Leistungsmodul durchgeführt. Abschließend erfolgt ein Laminieren einer thermisch leitenden Isolationsfolie als zweite thermische Kopplungsschicht zu dem Entwärmungselement auf die Unterseite des Leistungsmoduls und auf eine Oberseite des Entwärmungselements unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur.
  • Dabei kann der Laminierungsdruck um einige 1000 hPa (Hektopascal) oder auch erheblich darüber, so z.B. bei 10000 hPa über dem Normaldruck liegen und die Laminierungstemperatur vorzugsweise im Bereich von 80°C bis 200°C über der Raumtemperatur liegen. Die Dicke der auflaminierten Isolationsfolie hängt von der elektrisch zu isolierenden Potentialdifferenz zwischen Kupferleiterbahn und Entwärmungskörper ab und ihre thermische Wirksamkeit kann durch eine Partikelfüllung des Folienmaterials mit thermisch gut leitenden Keramikpartikeln, insbesondere Keramiknanopartikeln, verbessert werden.
  • In diesem Zusammenhang wird unter Keramiknanopartikeln eine Partikelgröße der Keramikpartikel im Submikrometerbereich verstanden, wobei die Dicke der Folie selbst und der elektrischen Isolationserfordernisse im Mikrometerbereich liegt.
  • Das erfindungsgemäße Leistungsmodul kann in einem Schaltungsmodul einer Getriebe- oder Motorsteuereinheit eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, wobei ein Schaltungsträger des Schaltungsmoduls beispielsweise eine Schaltungsplatine mit Leiterbahnen umfasst. Auf dem Schaltungsträger können ein oder mehrere elektronische Bauelemente als Komponenten, einschließlich elektronischer Schaltungen wie ICs („Integrated Circuit“), Mikroprozessorchips, Logikchips, integrierte Halbleiterchips und/oder passive elektronische Komponenten, wie Widerstände, Kondensatoren oder Induktivitäten, oder aktive Steuerelemente wie Transistoren usw. angeordnet sein.
  • Der Schaltungsträger kann auch einen Flachleiterrahmen aufweisen, auf dem Verlustwärme abgebende Komponenten wie Leistungstransistoren zur Leistungsversorgung von Mikroprozessoren oder Logikschaltungen vorgesehen sind, wobei der Flachleiterrahmen in einer Kunststoffgehäusemasse eingebettet ist, aus der Flachleiteranschlüsse als Außenkontakte des Leistungsmoduls herausragen und mindestens eine Kupferleiterbahn auf der Unterseite des Leistungsmoduls über ein Laminat aus thermisch leitender Isolationsfolie mit dem Entwärmungselement thermisch gekoppelt ist. Ein Entwärmungselement für eine derartige Getriebe- oder Motorsteuereinheit eines Kraftfahrzeugs kann neben einem Kühlkörper mit Kühlrippen auch ein metallisches Karosserieteil, ein Getriebegehäuse oder ein wassergekühltes Verbrennungsmotorgehäuse des Kraftfahrzeugs bilden. Die thermische Verbindung zu dem Leistungsmodul kann durch die Anordnung des Entwärmungselements optimiert werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Mit dem elektronischen Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement, wie einem Kühlkörper, ist in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der thermischen Übergangswiderstände von dem Leistungsmodul zu dem Kühlkörper verbunden. Die Reduzierung des thermischen Übergangswiderstands wird dadurch erreicht, dass die Isolationsschicht in Form einer Isolationsfolie gleichzeitig zur mechanischen Anbindung des Leistungsmoduls genutzt wird. Dabei ist das Leistungsmodul mithilfe der Isolationsfolie direkt auf den Kühlkörper laminiert, womit die einleitend erwähnte Wärmeleitpaste vollständig ersetzt werden kann.
  • Gleichzeitig wird bei dem auf einem Flachleiterrahmen und Flachleitern basierenden Leistungsmodul der vorliegenden Erfindung durch die bessere Wärmespreizung in den Leiterbahnen aus Flachleitern die zum Wärmetransfer genutzte Fläche gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich erhöht und somit die Wärmeleitfähigkeit weiter verbessert. Auch gegenüber bekannten auf einem Flachleiterrahmen basierenden Leistungsmodulen, die zur Isolation eine Keramikscheibe nutzen, ergibt sich ein Vorteil, da auch für derartige Anbindungen von Keramikscheiben bisher Wärmeleitpasten eingesetzt werden, um die thermische Kontaktierung bereitzustellen.
  • Somit ist auch gegenüber derartigen Modulen durch den Verzicht auf die Wärmeleitpaste ein deutlicher Vorteil gegeben. Für andere auf Flachleiterrahmen basierende Leistungsmodule werden zur Anbindung an einen Kühlkörper ebenfalls Wärmeleitpasten verwendet, so dass auch gegenüber derartigen Lösungen durch den Verzicht auf die Wärmeleitpaste die Wärmeleitfähigkeit deutlich verbessert werden kann. Darüber hinaus wird gegenüber Varianten, die mit Wärmeleitpasten arbeiten, die Zuverlässigkeit vergrößert, da das von der Wärmeleitpaste bekannte Austreiben der Wärmeleitpaste unterhalb des Bauelements vermieden wird. Auch gegenüber oben erwähnten Lösungen, bei denen der Kühlkörper auf dem Leistungsmodul aufgelötet wird, ergibt sich ein Vorteil durch die bessere Wärmespreizung innerhalb des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls über die Flachleiter des Flachleiterrahmens.
  • Mit dem oben angegebenen Verfahren ist darüber hinaus gegenüber Lotverfahren der Vorteil verbunden, dass das Leistungsbauteil bei dem erfindungsgemäßen Laminierungsprozess deutlich weniger belastet wird, zumal beim Löten Spitzentemperaturen von bis zu 250°C auftreten können, während beim Laminieren die Laminierungstemperaturen wie oben erwähnt deutlich darunter liegen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Figuren eingehender beschrieben. Hierbei zeigt:
  • 1 ein elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ein elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten zu einem Entwärmungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt ein elektronisches Leistungsmodul 1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das elektronische Leistungsmodul 1 weist zwei thermische Kopplungsschichten 3 auf, über die eine Unterseite 6 eines Leistungshalbeiterchips 5 mit einem Entwärmungselement 4 verbunden ist. Eine erste thermische Kopplungsschicht 3 wird durch eine Kupferleiterbahn 8 an der Unterseite 9 des Leistungsmoduls 1 gebildet, wobei auf dieser Kupferleiterbahn 8 das Verlustwärme erzeugende Leistungshalbleiterchip 5 mit seiner Unterseite 6 fixiert ist.
  • Diese Unterseite 6 des Leistungshalbleiterchips 5 weist eine metallische Elektrode 7 auf, welche direkt auf die Kupferleiterbahn 8 eines Flachleiterrahmens aufgebondet ist. Der Leistungshalbleiterchip 5 weist außerdem auf seiner Oberseite 21 weitere metallische Elektroden 22 auf, auf welche Flachleiter 23 aufgebondet sind. Der Leistungshalbleiterchip 5 sowie Teile der Flachleiter 23 und eine Oberseite 28 der Kupferleiterbahn 8 sind in eine Kunststoffgehäusemasse 30 unter Bildung des Leistungsmoduls 1 eingebettet. Somit wird die Unterseite 9 des Leistungsmoduls 1 einerseits aus der Unterseite 25 der Kupferleiterbahn 8 und andererseits aus Bereichen eines Kunststoffgehäuses 24 des Leistungsmoduls 1 gebildet.
  • Eine zweite thermische Kopplungsschicht 3 wird von einer dielektrischen Isolationsfolie 11 gebildet, in als Laminat 10 zwischen der Unterseite 9 des Leistungsmoduls 1 und einer Oberseite 13 des Kühlkörpers 12 angeordnet ist. Eine einige Molekularlagen dicke Klebstoffschicht 26 verbindet die Isolationsfolie 11 mit der Unterseite 9 des Leistungsmoduls 1 und eine weitere, ebenfalls einige Molekularlagen dicke Klebstoffschicht 27 verbindet nach dem Laminierungsprozess die Oberseite 13 des Kühlkörpers 12 mit der Isolationsfolie 11. Die Dicke der Klebstoffschichten 26 bzw. 27 liegt jeweils im Bereich zwischen 30 µm–200 µm. Bei dem Laminierungsprozess wird vorzugsweise ein Laminierungsdruck PL von mehreren 1000 hPa bis zu 10000 hPa über Normaldruck auf die zu laminierenden Teile, nämlich dem Leistungsmodul 1, der Isolationsfolie 11 und dem Kühlkörper 12 angewandt und gleichzeitig eine Laminierungstemperatur TL in einem Bereich von 80°C ≤ TL ≤ 200°C über Raumtemperatur vorgesehen.
  • Das in 1 gezeigte elektronische Leistungsmodul 1 basiert auf einem Flachleiterrahmen (lead frame) und wird mithilfe der dielektrischen Schicht in Form einer Isolationsfolie 11 mit einem Kühlkörper 12 thermisch gekoppelt, indem unter dem Laminierungsdruck PL und bei einer Laminierungstemperatur TL zunächst ein Laminat 10 aus dem Kühlkörper 12 und der Isolationsfolie 11 gebildet wird. Idealerweise weist der Kühlkörper 12 eine Kupferlegierung auf, welche den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Kupferleiterbahn 8 auf der Unterseite 9 des Leistungsmoduls 1 aufweist, so dass thermische Spannungen in der dielektrischen Schicht der Isolationsfolie 11 vermieden werden.
  • Der Kühlkörper 12 weist in dieser Ausführungsform eine Oberseite 13 auf, und auf seiner Unterseite 14 sind Kühlrippen 15 angeordnet. Dabei bilden die Stirnflächen der Kühlrippen eine parallele Fläche 16 zu der Kontaktfläche bzw. zu der Unterseite 9 des Leistungsmoduls 1. Damit ist es möglich, die erforderliche Laminierungsdruckkraft bei einem Laminierungsvorgang flächig einzuleiten. Nach dem Laminierungsvorgang sind das Leistungsmodul 1 und der Kühlkörper 12 mechanisch fest miteinander verbunden. Die dazwischen angeordnete dielektrische Isolationsfolie 11 kann entsprechend dünn gestaltet werden, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, wobei die Dicke der Isolationsfolie 11 lediglich von der Potentialdifferenz zwischen der Kupferleiterbahn 8 und dem Kühlkörper 12 abhängig ist, um eine Spannungsfestigkeit sicher zu stellen.
  • Das in 2 gezeigte Leistungsmoduls 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Erfindung lediglich dadurch, dass die Kühlrippen 15 des Kühlkörpers 12 von einem Blechdeckel 17 umgeben sind, wobei in Randbereichen 19 des Blechdeckels 17 und in Randbereichen 20 des Kühlkörpers 12 eine Feststoffdichtung 18 angeordnet ist, die den Blechdeckel 17 umgibt. Der Blechdeckel 17 ist dabei wie der Kühlkörper 12 vorzugsweise aus einer thermisch leitenden Kupferlegierung hergestellt, so dass thermische Spannungen aufgrund von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Kühlkörper 12 und Blechdeckel 17 vermieden werden. Außerdem dient dieser Blechdeckel 17 dazu, ein Kühlmedium entlang der Kühlrippen 15 mediendicht gegenüber Außen zu leiten.
  • In vielen Fällen ist der Kühlkörper 12, auf dem das Leistungsmodul 2 montiert ist, ein Bestandteil eines Gerätegehäuses, welches wiederum in vielen Fällen aus Aluminium gefertigt ist. Da jedoch ein Kupferkühlkörper 12 einen anderen Ausdehnungskoeffizienten als der Gehäusewerkstoff aufweist, kann dies zu Problemen bei der Abdichtung der Wasserkühlung führen. Um diesem zu begegnen ist in der zweiten Ausführungsform der Erfindung der Kühlkörper 12 mit dem eigenen gezeigten Blechdeckel 17 aus einer Kupferlegierung ausgestattet, der über die Feststoffdichtung 18 und eine Bördelverbindung in den Randbereichen 19 und 20 zu dem Kühlkörper 12n hermetisch verschlossen ist.
  • Obwohl beispielhafte Ausführungsformen in der vorhergehenden Figurenbeschreibung gezeigt werden, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Struktur in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Figurenbeschreibung dem Fachmann eine Möglichkeit zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung der beschriebenen Elementen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 100768235 B [0002]
    • DE 102009014795 B3 [0003]

Claims (10)

  1. Elektronisches Leistungsmodul mit thermischen Kopplungsschichten (3) zu einem Entwärmungselement (4) mit: – mindestens einem Halbleiterchip (5), dessen Unterseite (6) eine metallische Elektrode (7) aufweist; – einer Kupferleiterbahn (8) als erste thermische Kopplungsschicht (3), die auf der Unterseite (9) des Leistungsmoduls (1, 2) angeordnet ist, wobei die metallische Elektrode (7) auf der Kupferleiterbahn (8) elektrisch leitend fixiert ist; – ein Laminat (10), das eine thermisch leitende Isolationsfolie (11) als zweite thermische Kopplungsschicht (3) zu dem Entwärmungselement (4) aufweist, wobei die Unterseite (9) des Leistungsmoduls (1, 2) mit der Kupferleiterbahn (8) auf dem Laminat (10) aus der thermisch leitenden Isolationsfolie (11) und dem Entwärmungselement (4) fixiert ist.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das Entwärmungselement (4) ein Kühlkörper (12) ist, mit einer Oberseite (13), auf der das Laminat (10) angeordnet ist, und einer dazu parallelen Unterseite (14), über die ein gleichmäßig flächiger Lamilierungsdruck auf das Laminat (10) aufbringbar ist.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 2, wobei der Kühlkörper (12) auf seiner Unterseite (14) Kühlrippen (15) aufweist, und wobei die Kühlrippen (15) eine zu dem Laminat (10) parallele Fläche (16) bilden.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 3, wobei ein hermetisch abgedichteter Blechdeckel (17) die Kühlrippen (15) umhüllt und ein Kühlmedium entlang der Kühlrippen (15) leitet.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 4, wobei eine Feststoffdichtung (18) zwischen Randbereichen (19) des Blechdeckels (17) und Randbereichen (20) des Kühlkörpers (12) angeordnet ist.
  6. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Halbleiterchip (5) des Leistungsmoduls (1, 2) auf seiner Oberseite (21) metallische Elektroden (22) aufweist, die mit metallischen Leiterbahnen aus Flachleitern (23) elektrisch in Verbindung stehen, wobei die Flachleiter (23) aus einem Kunststoffgehäuse (24) des Leistungsmoduls (1, 2) herausragen.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 6, wobei das Kunststoffgehäuse (24) eine Kunststoffmasse aufweist, in die das mindestens eine Halbleiterchip (5), teilweise die Flachleiter (23) und teilweise die untere Kupferleiterbahn (8) eingebettet sind.
  8. Leistungsmodul nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wobei einer der Flachleiter (23) mit der unteren Kupferleiterbahn (8) elektrisch in Verbindung steht.
  9. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der laminierten thermisch leitenden Isolationsfolie (11) und der Unterseite (25) der Kupferleiterbahn (8) sowie zwischen der laminierten thermisch leitenden Isolationsfolie (11) und der Oberseite (13) des Kühlkörpers (12) eine unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdende Klebstoffschichten (26, 27) angeordnet sind.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls (1, 2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das nachfolgende Verfahrenschritte aufweist: – Herstellen mindestens eines Halbleiterchips (5), dessen Unterseite (6) eine metallische Elektrode (7) aufweist; – Aufbringen und elektrisch leitend Verbinden des mindestens einen Halbleiterchips (5) mit seiner Unterseite (6) auf einer Kupferleiterbahn (8), die als erste thermische Kopplungsschicht (3) zu einem Entwärmungselement (4) auf der Unterseite (9) des Leistungsmoduls (1, 2) angeordnet ist; – elektrisches Verbinden von Flachleitern (23) mit Elektroden (22) der Oberseite (21) des mindestens einen Halbleiterchips (5) und Einbetten des Halbleiterchips (5) und von Teilen der Flachleiter (23) sowie der Oberseite (28) der unterseitig angeordneten Kupferleiterbahn (8) in eine Kunststoffgehäusemasse (30) zu einem Leistungsmodul (1, 2); – Laminieren einer thermisch leitenden Isolationsfolie (11) als zweite thermische Kopplungsschicht (3) zu dem Entwärmungselement (4) auf die Unterseite (9) des Leistungsmoduls (1, 2) und auf eine Oberseite (1, 3) des Entwärmungselements (4) unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur.
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