DE102016214310A1 - Schaltungsträger, Leistungsschaltungsanordnung mit einem Schaltungsträger, Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers - Google Patents

Schaltungsträger, Leistungsschaltungsanordnung mit einem Schaltungsträger, Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers Download PDF

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Abstract

Offenbart wird ein Schaltungsträger (ST) zum Halten eines elektrischen Leistungsbauelements (BE), umfassend: – einen Kühlkörper (KK) aus einem Metall oder einer Metalllegierung zum Halten und zum Kühlen des Leistungsbauelements (BE); – eine Isolierschicht (IS) aus einer elektrisch isolierenden Keramik, welche auf einer Oberfläche (OF1) des Kühlkörpers (KK) ausgebildet ist und zur elektrischen Isolation zwischen dem Leistungsbauelement (BE) und dem Kühlkörper (KK) dient; – eine Leiterbahnschicht (LS) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welche auf einer von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF2) der Isolierschicht (IS) ausgebildet ist und zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem Leistungsbauelement (BE) dient; – eine elektrisch leitende Kontaktschicht (KS) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, welche auf einer vom Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF3) der Leiterbahnschicht (LS) ausgebildet ist und zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem Leistungsbauelement (BE) dient; – ein Kontaktplättchen (KP) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, welches auf einer von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF4) der Kontaktschicht (KS) angeordnet ist und zur Herstellung flächiger mechanischer und elektrischer Verbindung zwischen dem Leistungsbauelement (BE) und der Kontaktschicht (KS) dient, wobei das Kontaktplättchen (KP) aus einer flächigen Schiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung geformt ist.

Description

  • Technisches Gebiet:
  • Die Erfindung betrifft einen Schaltungsträger zum Halten mindestens eines elektrischen Leistungsbauelements und eine Leistungsschaltungsanordnung mit einem genannten Schaltungsträger. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers.
  • Stand der Technik:
  • Leistungsbauelemente werden aufgrund ihrer hohen Verlustleistungen und damit gebundenen Wärmeentwicklung in der Regel auf keramischen Schaltungsträgern (DCB) angeordnet, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Auf den keramischen Schaltungsträgern werden elektrische Leiterbahnen ausgebildet, über die die Leistungsbauelemente miteinander und mit externen elektrischen Komponenten elektrisch verbunden werden.
  • In manchen Anwendungsbereichen, wie z. B. im Automobilbereich, insb. im Bereich Hybridelektro-/Elektrofahrzeuge, ist eine bessere Wärmeabführung wünschenswert.
  • Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit zur effizienten und kostengünstigen Wärmeabführung für die Leistungsbauelemente bereitzustellen.
  • Beschreibung der Erfindung:
  • Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schaltungsträger zum Halten mindestens eines elektrischen Leistungsbauelements bereitgestellt.
  • Der Schaltungsträger umfasst einen Kühlkörper, welcher aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, besteht und ausgeführt ist, das mindestens eine Leistungsbauelement zu halten und zu kühlen.
  • Der Schaltungsträger umfasst ferner eine Isolierschicht, welche eine elektrisch isolierende Keramik enthält, bzw. insb. aus dieser elektrisch isolierenden Keramik besteht. Die Isolierschicht ist auf einer Oberfläche des Kühlkörpers ausgebildet und dient zur elektrischen Isolation zwischen dem mindestens einen Leistungsbauelement und dem – elektrisch leitenden – Kühlkörper.
  • Der Schaltungsträger umfasst ferner eine Leiterbahnschicht, welche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet ist. Die Leiterbahnschicht dient zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindungen von/zu dem mindestens einen Leistungsbauelement bzw. zwischen dem Leistungsbauelement und dem Kühlkörper.
  • Der Schaltungsträger umfasst ferner eine Kontaktschicht, welche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Leiterbahnschicht ausgebildet ist. Die Kontaktschicht dient zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem mindestens einen Leistungsbauelement von/zu dem mindestens einen Leistungsbauelement bzw. zwischen dem Leistungsbauelement und dem Kühlkörper.
  • Der Schaltungsträger umfasst ferner mindestens ein Kontaktplättchen, welches aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Kontaktschicht angeordnet ist. Das mindestens eine Kontaktplättchen dient zur Herstellung mechanischer und elektrischer Verbindung zwischen dem mindestens einen Leistungsbauelement und der Kontaktschicht. Dabei ist das mindestens eine Kontaktplättchen aus einer flächigen Schiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung geformt. Insbesondere ist das mindestens eine Kontaktplättchen als Stanzteil oder Stanzgitter geformt.
  • Der Kühlkörper dient als Träger des Leitungsbauelements bzw. der Leiterbahn und ersetzt somit einen teuren keramischen Schaltungsträger. Der Kühlkörper aus einem Metall oder einer Metalllegierung weist eine bessere Wärmeleitfähigkeit als ein keramischer Schaltungsträger und kann somit die Abwärme von dem Leitungsbauelement und der Leiterbahn effizient abführen. Der Kühlkörper kann aus einem günstigen Metall, wie z. B. aus Aluminium, oder einer günstigen Metalllegierung, wie z. B. einer kostengünstigen Aluminiumlegierung, in einem einfachen Druckgießverfahren kostengünstig hergestellt werden.
  • Eine „Schicht“ bedeutet in dieser Anmeldung ein flächig, insb. eben, ausgedehnter Belag aus einem entsprechenden Material, der eine Materialdicke von maximal 1 Millimeter, insbesondere maximal 0,5 Millimeter, speziell maximal 0,2 Millimeter, und bspw. maximal 0,1 Millimeter, aufweist.
  • Eine „flächige (mechanische bzw. elektrische) Verbindung“ bedeutet eine (mechanische bzw. elektrische) Verbindung über eine ausgedehnte Kontaktfläche, die sich über die gesamte elektrische Kontaktfläche eines elektrischen Anschlusses des elektrisch zu kontaktierenden Leistungsbauelements erstreckt und somit die größtmögliche Wärmeübergangsfläche von dem Leistungsbauelement über das Kontaktplättchen, die Kontaktschicht, die Leiterbahn- und die Isolierschicht zu dem Kühlkörper herstellt. Damit ermöglicht die „flächige Verbindung“ eine effiziente Wärmeabführung von dem Leistungsbauelement zu dem Kühlkörper.
  • Auf dem Kontaktplättchen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung kann das Leistungsbauelement mittels bspw. einer Lötschicht direkt flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden werden. Das Material Kupfer bzw. Kupferlegierung weist ebenfalls eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
  • Über das Kontaktplättchen kann das Leistungsbauelement mit der Kontaktschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mittels einer Lötschicht direkt flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden werden. Das Material Kupfer bzw. Kupferlegierung weist zudem eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Über die Kontaktschicht kann das Leistungsbauelement somit mit der Leiterbahnschicht, welche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, flächig und elektrisch verbunden werden. Das Material Aluminium oder einer Aluminiumlegierung weist ebenfalls eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit auf.
  • Die schichtartig gestapelte Anordnung der Isolier-, der Leiterbahn- und der Kontaktschicht sowie des Kontaktplättchens und flächige Verbindung der jeweiligen Schichten sowie des Kontaktplättchens ermöglichen eine effiziente Wärmeabführung für das Leistungsbauelement. Da diese Schichten sowie das Kontaktplättchen zudem aus günstig erhältlichen Materialien bestehen und in einfachen Fertigungsverfahren hergestellt werden können, kann der Schaltungsträger auch kostengünstig hergestellt werden.
  • Dadurch, dass das Kontaktplättchen aus einer flächigen Schiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung geformt ist und somit eine gewisse Materialdicke aufweist, kann es als zusätzlicher Ausdehnungspuffer dienen und die durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Materialien des Leistungsbauelements und des Kühlkörpers entstehenden Subspannungen ausgleichen.
  • Damit ist eine Möglichkeit zur effizienten und kostengünstigen Wärmeabführung für die Leistungsbauelemente bereitgestellt.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine Kontaktplättchen aus einer dünnen flächigen Schiene bzw. in Form von einem Blech aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgestanzt, ausgeschnitten oder in ähnlicher Weise herausgetrennt bzw. geformt.
  • Vorzugsweise ist das mindestens eine Kontaktplättchen auf der von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Kontaktschicht verlötet oder elektrisch leitend geklebt.
  • Vorzugsweise weist das mindestens eine Kontaktplättchen eine Materialdicke von über 0,5 Millimeter, insb. über 0,8 Millimeter, auf. Vorzugsweise weist das mindestens eine Kontaktplättchen ferner eine Materialdicke unter 2 Millimeter, typischerweise unter 1,5 Millimeter, auf. Speziell weist das mindestens eine Kontaktplättchen eine Materialdicke von 1,0 Millimeter auf.
  • Vorzugsweise ist die Isolierschicht auf der Oberfläche des Kühlkörpers gasgespritzt bzw. durch Gasspritzen ausgebildet.
  • Dabei weist die Isolierschicht vorzugsweise eine Wärmeleitzahl größer als 1,8 W/(m·K) (Watt pro Meter und Kelvin), insb. größer als 2 W/(m·K), auf.
  • Vorzugsweise weist die Isolierschicht eine Schichtdecke von kleiner als 250 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als 220 Mikrometer, insb. kleiner als 200 Mikrometer, auf.
  • Vorzugsweise enthält die Isolierschicht Aluminiumtitanat (Al2TiO5). Insbesondere enthält die Isolierschicht Aluminiumtitanat (Al2TiO5) in einem Gewichtsanteil von mindestens 80%, insbesondere 90%. Speziell besteht die Isolierschicht vollständig aus Aluminiumtitanat.
  • Vorzugsweise ist die Leiterbahnschicht auf der von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Isolierschicht gasgespritzt bzw. durch Gasspritzen ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist die Kontaktschicht auf der von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Leiterbahnschicht ebenfalls gasgespritzt bzw. durch Gasspritzen ausgebildet.
  • Vorzugsweise weist die Kontaktschicht eine Schichtdicke von kleiner 200 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als 170 Mikrometer, insb. kleiner als 150 Mikrometer, auf.
  • Die Isolier-, Leiterbahn- und die Kontaktschicht sowie das mindestens eine Kontaktplättchen bilden eine schichtartig gestapelte Anordnung auf dem Kühlkörper.
  • Diese schichtartig gestapelte Anordnung und die Materialzusammensetzung der Isolier-, Leiterbahn- und der Kontaktschicht sowie des mindestens einen Kontaktplättchens: „Aluminiumtitanat/Aluminium bzw. Aluminiumlegierung/Kupfer bzw. Kupferlegierung“ bilden einen mehrlagigen Materialverbund aus, der einen stufenweisen Übergang der Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem Kühlkörper (bspw. aus Aluminium) zu dem Leistungsbauelement (aus Silizium) und somit eine „Pufferzone“ für unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem Kühlkörper und dem Leistungsbauelement herstellt. Diese „Pufferzone“ kompensiert die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen bzw. die dadurch entstandenen mechanischen Spannungen zwischen dem Leistungsbauelement und dem Kühlkörper durch entsprechende Wärmeausdehnungen der jeweiligen Schichten. Damit ist eine stabile, mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Leistungsbauelement und dem Schaltungsträger bereitgestellt.
  • Mechanische Spannungen, die bei keramischen Schaltungsträgern infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Schaltungsträgern und den Leistungsbauelementen vorkommen, können durch die oben beschrieben Ausführung vermieden werden. Damit ist eine stabile, mechanische Verbindung zwischen dem Leistungsbauelement und dem Kühlkörper sichergestellt.
  • Da die entsprechenden Materialien, wie Aluminiumtitanat, Aluminium, Aluminiumlegierung, Kupfer und Kupferlegierung, in verschiedenen Ausführungen, insbesondere Wärmeausdehnungskoeffizienten, kostengünstig erhältlich sind, und zudem die Ausbildung der jeweiligen Schichten auf jeweiligen korrespondierenden Oberflächen auch fertigungstechnisch einfach und kostengünstig in einer Großserienproduktion herstellbar sind, können der oben beschriebene Schaltungsträger und somit auch eine Leistungsschaltungsanordnung mit einem derartigen Schaltungsträger einfach und kostengünstig hergestellt werden.
  • Durch die oben beschriebene Ausführung kann der Schaltungsträger ohne konventionelle elektrisch isolierende Lagen (so wie bei einer konventionellen Leiterplatte) ausgebildet werden. Dadurch, dass das Leistungsbauelement nur über die drei dünnen Schichten (Isolier-, Leiterbahn- und Kontaktschicht) sowie das Kontaktplättchen, die/das gute Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, mit dem Kühlkörper thermisch verbunden ist, kann die Abwärme von dem Leistungsbauelement über den Kühlkörper effizient abgeführt werden.
  • Vorzugsweise ist der Kühlkörper ein Gehäuse oder ein Teil von dem Gehäuse, in dem der Schaltungsträger samt dem Leistungsbauelement angeordnet ist. Alternativ kann der Kühlkörper ein Stator einer elektrischen Maschine oder ein Teil von dem Stator sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Leistungsschaltungsanordnung bereitgestellt. Die Leistungsschaltungsanordnung umfasst mindestens ein Leistungsbauelement und mindestens einen zuvor beschriebenen Schaltungsträger. Dabei ist das mindestens eine Leistungsbauelement auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche des mindestens einen Kontaktplättchens des Schaltungsträgers angeordnet und über das mindestens eine Kontaktplättchen mit der Kontaktschicht des Schaltungsträgers flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers zum Halten mindestens eines elektrischen Leistungsbauelements bereitgestellt.
  • Demnach wird ein Kühlkörper aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereitgestellt, welcher zum Halten und zum Kühlen des mindestens einen Leistungsbauelements dient.
  • Der Kühlkörper wird mit einer Isolierschicht aus einer elektrisch isolierenden Keramik versehen, welche auf einer Oberfläche des Kühlkörpers ausgebildet wird. Die Isolierschicht dient zur elektrischen Isolation zwischen dem Leistungsbauelement und dem Kühlkörper.
  • Der Kühlkörper wird ferner mit einer Leiterbahnschicht versehen, welche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht und auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet wird. Die Leiterbahnschicht dient zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem Leistungsbauelement.
  • Der Kühlkörper wird ferner mit einer Kontaktschicht versehen, welche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und auf einer vom Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Leiterbahnschicht ausgebildet wird. Die Kontaktschicht dient zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zwischen dem Leistungsbauelement und der Leiterbahnschicht.
  • Der Kühlkörper wird ferner mit mindestens einem Kontaktplättchen versehen, welches aus einer flächigen Schiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung geformt wird und auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Kontaktschicht angeordnet wird. Dabei dient das mindestens eine Kontaktplättchen zur Herstellung elektrischer Verbindung von der Leiterbahnschicht über die Kontaktschicht zu dem mindestens einen Leistungsbauelement.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschriebenen Schaltungsträgers sind, soweit im Übrigen auf die oben genannte Leistungsschaltungsanordnung und auf das oben genannte Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Leistungsschaltungsanordnung bzw. des Verfahrens anzusehen.
  • Beschreibung der Zeichnung:
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Querschnittdarstellung eine Leistungsschaltungsanordnung LA gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die in der Figur dargestellte Leistungsschaltungsanordnung LA ist beispielsweise ein Teil eines Inverters bzw. einer Endstufe des Inverters für einen Elektroantrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs.
  • Die Leistungsschaltungsanordnung LA umfasst einen Schaltungsträger ST und zwei auf dem Schaltungsträger ST montierten Leistungshalbleiterschalter (Leistungsbauelemente) BE.
  • Der Schaltungsträger ST umfasst einen Kühlkörper KK aus Aluminium, der in einem Druckgießverfahren hergestellt ist. Alternativ kann der Kühlkörper KK aus einem (thermisch leitenden) Plattenmaterial hergestellt sein, das als Wasserkühler hartverlötet ist.
  • Der Kühlkörper KK weist eine ebene Oberfläche OF1 auf, auf der eine Isolierschicht IS ausgebildet ist. Dabei besteht die Isolierschicht IS aus einer elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Keramik und ist in einem Gasspritzvorgang auf der Oberfläche OF1 des Kühlkörpers KK ausgebildet. Die Isolierschicht IS dient zur elektrischen Isolation zwischen den Leistungshalbleiterschaltern BE und dem Kühlkörper KK.
  • Auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandten Oberfläche OF2 der Isolierschicht IS weist der Schaltungsträger ST eine Leiterbahnschicht LS auf. Die Leiterbahnschicht LS besteht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und ist in einem weiteren Gasspritzvorgang auf der Isolierschicht IS ausgebildet. Der Verlauf bzw. die Struktur der Leiterbahnschicht LS wird mittels einer Maske appliziert, welche entsprechend dem vorgesehen Leiterbahnlayout der Leistungsschaltungsanordnung LA geformt ist.
  • Auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandten Oberfläche OF3 der Leiterbahnschicht LS weist der Schaltungsträger ST eine Kontaktschicht KS auf, welche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht und in einem weiteren Gasspritzvorgang auf der Oberfläche OF3 ausgebildet ist. Die Kontaktschicht KS dient zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zwischen den Leistungsbauelementen BE und der Leiterbahnschicht LS. Die Kontaktschicht KS weist dabei zumindest zwei voneinander räumlich getrennte Abschnitte auf, auf denen jeweils ein nachfolgend zu beschreibenden Kontaktplättchen KP platziert und mit der Kontaktschicht KS flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
  • Dabei weisen die jeweiligen Abschnitte der Kontaktschicht KS auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandten Oberfläche OF4 jeweils eine Lötschicht LV auf, welche die jeweiligen Kontaktplättchen KP mit dem korrespondierenden Abschnitt der Kontaktschicht KS über eine ausgedehnte Kontaktfläche mechanisch und elektrisch leitend verbindet.
  • Der Schaltungsträger ST umfasst ferner die zuvor genannten Kontaktplättchen KP, welche auf der Oberfläche OF4 der Kontaktschicht KS platziert sind und über die genannte Lötschicht LV mit der Kontaktschicht KS flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
  • Die Leistungshalbleiterschalter BE sind jeweils auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandten Oberfläche OF5 der jeweiligen Kontaktplättchen KP platziert und über jeweils eine weitere Lötschicht LV mit den jeweiligen Kontaktplättchen KP flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden.
  • Die Leistungshalbleiterschalter BE sind ferner über Bonddrähte BD mit der Kontaktschicht KS bzw. mit weiteren nicht mit den jeweiligen korrespondierenden Leistungshalbleiterschaltern BE unmittelbar elektrisch kontaktierten Abschnitten der Kontaktschicht KS oder der Leiterbahnschicht LS direkt elektrisch leitend verbunden.
  • Auf den Oberflächen OF2, OF3 der Leiterbahnschicht LS und der Kontaktschicht KS ist ferner eine Dichtschicht DS aus Moldmasse aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Duroplast vorgesehen, welche freiliegende, nicht mit jeweiligen darüber liegenden Schichten bedeckten Bereiche der jeweiligen Schichten abdeckt und diese jeweiligen Schichten vor Umwelteinflüssen, wie der Feuchtigkeit, schützt.
  • Der Schaltungsträger ST wird bspw. wie nachfolgend beschrieben hergestellt.
  • Zunächst wird der Kühlkörper KK aus Aluminium in einem Druckgießvorgang in einer dem Fachmann bekannten Weise hergestellt.
  • Auf einer Oberfläche OF1 des Kühlkörpers KK wird anschließend eine Isolierschicht IS ausgebildet, wobei eine elektrisch isolierende Keramik in Pulverform in einem Gasspritzvorgang auf der Oberfläche OF1 aufgebracht und zu der Isolierschicht IS geformt wird.
  • Auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandten Oberfläche OF2 der Isolierschicht IS wird danach eine Leiterbahnschicht LS ausgebildet, wobei Pulver aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in einem Gasspritzvorgang aufgebracht und zu der Leiterbahnschicht LS geformt wird.
  • Anschließend wird auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandte Oberfläche OF3 der Leiterbahnschicht LS in einem weiteren Gasspritzvorgang eine Schicht aus Kuper oder einer Kupferlegierung aufgetragen und zu einer Kontaktschicht KS ausgebildet.
  • Danach werden ein oder mehrere Kupferplättchen aus einer dünnen flächigen Schiene bzw. aus einem Blech aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgestanzt oder ausgeschnitten und zur Bildung der Kontaktplättchen KP auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandte Oberfläche OF4 der Kontaktschicht KS verlötet.

Claims (14)

  1. Schaltungsträger (ST) zum Halten mindestens eines elektrischen Leistungsbauelements (BE), umfassend: – einen Kühlkörper (KK) aus einem Metall oder einer Metalllegierung zum Halten und zum Kühlen des mindestens einen Leistungsbauelements (BE); – eine Isolierschicht (IS) aus einer elektrisch isolierenden Keramik, welche auf einer Oberfläche (OF1) des Kühlkörpers (KK) ausgebildet ist und zur elektrischen Isolation zwischen dem mindestens einen Leistungsbauelement (BE) und dem Kühlkörper (KK) dient; – eine Leiterbahnschicht (LS) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welche auf einer von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF2) der Isolierschicht (IS) ausgebildet ist und zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem mindestens einen Leistungsbauelement (BE) dient; – eine elektrisch leitende Kontaktschicht (KS) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, welche auf einer vom Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF3) der Leiterbahnschicht (LS) ausgebildet ist und zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem Leistungsbauelement (BE) dient; – mindestens ein Kontaktplättchen (KP) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, welches auf einer von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF4) der Kontaktschicht (KS) angeordnet ist und zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zwischen dem mindestens einen Leistungsbauelement (BE) und der Kontaktschicht (KS) dient, wobei das mindestens eine Kontaktplättchen (KP) aus einer flächigen Schiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung geformt ist.
  2. Schaltungsträger (ST) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Kontaktplättchen (KP) aus der Schiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgestanzt oder ausgeschnitten ist.
  3. Schaltungsträger (ST) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Kontaktplättchen (KP) auf der von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF4) der Kontaktschicht (KS) verlötet oder elektrisch leitend geklebt ist.
  4. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Kontaktplättchen (KP) eine Materialdicke von über 0,5 Millimeter, insb. über 0,8 Millimeter, vorzugsweise unter 2 Millimeter, typischerweise unter 1,5 Millimeter, speziell von 1,0 Millimeter, aufweist.
  5. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht (IS) gasgespritzt ist.
  6. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht (IS) eine Wärmeleitzahl größer als 1,8 W/K, insb. größer als 2 W/(m·K), aufweist.
  7. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht (IS) eine Schichtdicke von kleiner als 250 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als 220 Mikrometer, insb. kleiner als 200 Mikrometer, aufweist.
  8. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolierschicht (IS) Aluminiumtitanat (Al2TiO5) enthält, insb. aus Aluminiumtitanat (Al2TiO5) besteht.
  9. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnschicht (LS) gasgespritzt ist.
  10. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktschicht (KS) gasgespritzt ist.
  11. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktschicht (KS) eine Schichtdicke von kleiner als 200 Mikrometer, vorzugsweise kleiner als 170 Mikrometer, insb. kleiner als 150 Mikrometer, aufweist.
  12. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (KK) ein Gehäuse, ein Stator einer elektrischen Maschine oder ein Teil des Gehäuses oder des Stators ist.
  13. Leistungsschaltungsanordnung (LA), umfassend: – mindestens ein Leistungsbauelement (BE); – einen Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Leistungsbauelement (BE) auf einer von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF5) des mindestens einen Kontaktplättchens (KP) angeordnet ist und über das mindestens eine Kontaktplättchen (KP) mit der Kontaktschicht (KS) flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
  14. Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers (ST) zum Halten mindestens eines elektrischen Leistungsbauelements (BE), mit Verfahrensschritten: – Bereitstellen eines Kühlkörpers (KK) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zum Halten und zum Kühlen des mindestens einen Leistungsbauelements (BE); – Versehen des Kühlkörpers (KK) mit einer Isolierschicht (IS), welche aus einer elektrisch isolierenden Keramik besteht, auf einer Oberfläche (OF1) des Kühlkörpers (KK) ausgebildet wird und zur elektrischen Isolation zwischen dem mindestens einen Leistungsbauelement (BE) und dem Kühlkörper (KK) dient; – Versehen des Kühlkörpers (KK) mit einer Leiterbahnschicht (LS), welche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht, auf einer von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF2) der Isolierschicht (IS) ausgebildet wird und zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem mindestens einen Leistungsbauelement (BE) dient; – Versehen des Kühlkörpers (KK) mit einer Kontaktschicht (KS), welche aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, auf einer vom Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF3) der Leiterbahnschicht (LS) ausgebildet wird und zur Herstellung flächiger, mechanischer und elektrischer Verbindung zu dem mindestens einen Leistungsbauelement (BE) dient; – Versehen des Kühlkörpers (KK) mit mindestens einem Kontaktplättchen (KP) auf einer von dem Kühlkörper (KK) abgewandten Oberfläche (OF4) der Kontaktschicht (KS) zur Herstellung elektrischer Verbindung zu dem mindestens einen Leistungsbauelement (BE), wobei das mindestens eine Kontaktplättchen (KP) aus einer flächigen Schiene aus Kupfer oder einer Kupferlegierung geformt wird.
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