DE102019211084A1 - Power module and method for producing a power module - Google Patents

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Abstract

Das Leistungsmodul weist mindestens einen ersten (20) und einen zweiten Schaltungsträger (30) auf, wobei mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktstück (90, 100) mit poriger Gestalt zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) angeordnet ist und das mindestens eine Kontaktstück (90, 100) zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) gestaucht ist.Bei dem Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls werden ein erster (20) und ein zweiter Schaltungsträger (30) herangezogen und mindestens ein elektrisch leitendes elektrisches Kontaktstück (90, 100) mit poriger Gestalt zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) angeordnet, wobei das mindestens eine Kontaktstück (90, 100) zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) gestaucht wird.The power module has at least a first (20) and a second circuit carrier (30), at least one electrically conductive contact piece (90, 100) with a porous shape being arranged between the first (20) and second circuit carrier (30) and the at least one contact piece (90, 100) is compressed between the first (20) and second circuit carrier (30). In the process for producing such a power module, a first (20) and a second circuit carrier (30) and at least one electrically conductive electrical contact piece (90 , 100) with a porous shape between the first (20) and second circuit carrier (30), the at least one contact piece (90, 100) being compressed between the first (20) and second circuit carrier (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls.The invention relates to a power module and a method for producing such a power module.

Es ist bekannt, in der Leistungselektronik Leistungsmodule zu verwenden, bei welchen Halbleiterbauteile niederinduktiv, insbesondere planar, miteinander und mit einem Schaltungsträger elektrisch leitend kontaktiert sind.It is known to use power modules in power electronics in which semiconductor components are in electrically conductive contact with one another and with a circuit carrier with low inductance, in particular planar.

Es ist wünschenswert, mehrere Schaltungsträger miteinander elektrisch leitend zu verbinden.It is desirable to connect several circuit carriers to one another in an electrically conductive manner.

Jedoch sind elektrische Kontakte zwischen Schaltungsträgern entweder mechanisch besonders anfällig oder aber hinsichtlich des Abstands der Schaltungsträger besonders sensitiv, d.h. Fertigungstoleranzen der elektrischen Kontakte zwischen Schaltungsträgern führen dazu, dass die Schaltungsträger mit ihren flächigen Erstreckungen nicht parallel zueinander in elektrischem Kontakt ausgerichtet sind.However, electrical contacts between circuit carriers are either mechanically particularly vulnerable or particularly sensitive with regard to the distance between the circuit carriers, i.e. manufacturing tolerances of the electrical contacts between circuit carriers mean that the two-dimensional expansions of the circuit carriers are not aligned parallel to one another in electrical contact.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Leistungsmodul zu schaffen, welches eine einfachere, d.h. schnelle und kostengünstige, sowie gleichzeitig präzise Fertigung erlaubt und bei dem Halbleiterbauteile auf möglichst langlebig angebunden werden und somit eine hohe Lastwechselfestigkeit und Temperaturschockfestigkeit aufweisen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls anzugeben.It is therefore the object of the invention to create an improved power module which allows a simpler, i.e. fast and inexpensive, and at the same time precise production and in which the semiconductor components are connected for as long as possible and thus have a high load cycle strength and temperature shock resistance. In addition, it is an object of the invention to specify a method for producing such a power module.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Leistungsmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren mit den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen und der Zeichnung angegeben.This object of the invention is achieved with a power module with the features specified in claim 1 and with a method with the features specified in claim 6. Preferred developments of the invention are specified in the associated subclaims and the drawing.

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist mindestens einen ersten und einen zweiten Schaltungsträger auf. Ferner weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktstück mit poriger Gestalt auf, welches zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger angeordnet ist, wobei das mindestens eine Kontaktstück zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger gestaucht ist.The power module according to the invention has at least a first and a second circuit carrier. Furthermore, the power module according to the invention has at least one electrically conductive contact piece with a porous shape, which is arranged between the first and second circuit carrier, the at least one contact piece being compressed between the first and second circuit carrier.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul bildet das Kontaktstück mit der porigen Gestalt folglich einen mechanischen Puffer aus, welcher Fertigungstoleranzen, Bauteiltoleranzen und Verbindungsmaterialtoleranzen dem ersten und/oder zweiten Schaltungsträger und des Kontaktstücks kompensieren kann. Vorteilhaft kann ein poriges Kontaktstück sich aufgrund vorhandener Poren leicht, insbesondere plastisch, verformen, sodass eine räumliche Anpassung der Abmessungen des Kontaktstücks durch eine Stauchung des Kontaktstücks, insbesondere infolge einer Kraftbeaufschlagung von erstem Schaltungsträger und zweitem Schaltungsträger aufeinander zu, leicht realisierbar ist. Idealerweise ist das Kontaktstück überwiegend oder nahezu ausschließlich plastisch verformbar. Insbesondere in letztgenannter Weiterbildung der Erfindung ist das Leistungsmodul besonders kostengünstig fertigbar, da der erste und der zweite Schaltungsträger nicht zusätzlich mittels Einspannungen und/oder Abstandshaltern und/oder sonstigen mechanischen Vorrichtungen auf Abstand gehalten werden müssen, sondern der erste und der zweite Schaltungsträger des Leistungsmoduls sind bei gleichzeitiger Stauchung des Kontaktstücks derart ausrichtbar, bis eine hinreichend nahe Anordnung von erstem und zweitem Schaltungsträger zueinander erfolgt ist. Auf diese Weise sind der erste und der zweite Schaltungsträger bereits über das mindestens eine Kontaktstück nach ihrer relativen Anordnung festgelegt. Infolge des als mechanische Puffer ausgebildeten Kontaktstücks lässt sich das erfindungsgemäße Leistungsmodul einfach, schnell und kostengünstig fertigen. Zudem weist eine zweckmäßig mittels des Kontaktstücks realisierte elektrisch leitende Verbindung des Leistungsmoduls eine hohe Lastwechselfestigkeit und Temperaturschockfestigkeit auf.In the power module according to the invention, the contact piece with the porous shape consequently forms a mechanical buffer which can compensate for manufacturing tolerances, component tolerances and connection material tolerances of the first and / or second circuit carrier and the contact piece. Advantageously, a porous contact piece can easily, in particular plastically, deform due to the presence of pores, so that a spatial adaptation of the dimensions of the contact piece by compressing the contact piece, in particular as a result of a force being applied to the first circuit carrier and the second circuit carrier towards one another, can easily be realized. Ideally, the contact piece is predominantly or almost exclusively plastically deformable. In the last-mentioned development of the invention in particular, the power module can be manufactured particularly inexpensively, since the first and second circuit carriers do not have to be kept at a distance by means of clamps and / or spacers and / or other mechanical devices, but rather are the first and second circuit carriers of the power module can be aligned with simultaneous compression of the contact piece in such a way that the first and second circuit carriers are arranged sufficiently close to one another. In this way, the first and the second circuit carrier are already fixed according to their relative arrangement via the at least one contact piece. As a result of the contact piece designed as a mechanical buffer, the power module according to the invention can be manufactured simply, quickly and inexpensively. In addition, an electrically conductive connection of the power module which is expediently implemented by means of the contact piece has a high load cycle resistance and temperature shock resistance.

Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das Kontaktstück mit poriger Gestalt mit einer Schaumstruktur, insbesondere mit einem Metallschaum, gebildet. In dieser Weiterbildung der Erfindung ist das Kontaktstück auf einfache Weise zugleich mit einer porigen Gestalt als auch elektrisch leitend ausgebildet.In the power module according to the invention, the contact piece is preferably formed with a porous shape with a foam structure, in particular with a metal foam. In this further development of the invention, the contact piece is designed in a simple manner at the same time with a porous shape and also electrically conductive.

Vorteilhaft kann das Kontaktstück mittels einer Lötverbindung und/oder einer Diffusionslotverbindung und/oder einer Sinterverbindung und/oder mittels einer Klebung und/oder galvanisch elektrisch leitend angebunden sein.The contact piece can advantageously be connected in an electrically conductive manner by means of a soldered connection and / or a diffusion solder connection and / or a sintered connection and / or by means of an adhesive and / or galvanically.

Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul zumindest zwei elektrische Leitungspfade zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger vorhanden, die mit jeweils mindestens einem Kontaktstück gebildet sind und bei welchem die zumindest zwei Leiterpfade um jeweils unterschiedliche Wegstrecken gestaucht sind. In dieser Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Leitungspfade, bei welchen das Auftreten von Fertigungstoleranzen besonders hohe Anforderungen an die Fertigung des Leistungsmoduls stellt, besonders unaufwändig und kostengünstig fertigbar. Denn mittels einer Kraftbeaufschlagung von erstem und zweitem Schaltungsträger aufeinander zu können mehrere mit Kontaktstücken gebildete Leitungspfade besonders einfach und in einem einzigen Arbeitsschritt auf jeweils passende Längen zurechtgestaucht werden. Individuelle und aufwändige Anpassungen der Kontaktstücke vor einer Zusammenfügung des Leistungsmoduls sind folglich entbehrlich, sodass das erfindungsgemäße Leistungsmodul vorteilhaft zeitsparend und einfach und daher besonders kostengünstig fertigbar ist.In the power module according to the invention, there are preferably at least two electrical conduction paths between the first and second circuit carriers, each of which is formed with at least one contact piece and in which the at least two conductor paths are compressed by different distances. In this development of the invention, several conduction paths in which the occurrence of manufacturing tolerances places particularly high demands on the manufacture of the power module can be manufactured in a particularly uncomplicated and inexpensive manner. Because by applying a force to the first and second circuit carrier to be able to use several Contact pieces formed line paths are particularly easy and in a single step compressed to appropriate lengths. Individual and complex adaptations of the contact pieces prior to the assembly of the power module are consequently unnecessary, so that the power module according to the invention can advantageously be manufactured in a time-saving and simple and therefore particularly cost-effective manner.

Zweckmäßig ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul zumindest ein Leitungspfad mit zumindest zwei Kontaktstücken gebildet. Auch in dieser Weiterbildung stellt vorteilhaft jedes der Kontaktstücke einen mechanischen Puffer zur Kompensation von Fertigungstoleranzen dar.At least one line path with at least two contact pieces is expediently formed in the power module according to the invention. In this development, too, each of the contact pieces advantageously represents a mechanical buffer to compensate for manufacturing tolerances.

Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul zumindest ein Bauteil in Gestalt eines Halbleiterbauteils und/oder Leistungsbauteils auf und das Bauteil ist mittels des mindestens einen Leistungspfades elektrisch kontaktiert. Das Bauteil kann vorteilhaft direkt an einem der ersten und der zweiten Schaltungsträger elektrisch angebunden sein und mittels des Kontaktstücks an den jeweils anderen der Schaltungsträger elektrisch angebunden sein. Grundsätzlich und ebenfalls vorteilhaft kann das Bauteil mittels je eines solchen Kontaktstücks an jeden der ersten und der zweiten Schaltungsträger elektrisch leitend angebunden sein. Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul bildet das Kontaktstück mit der porigen Gestalt folglich einen mechanischen Puffer aus, welcher Fertigungstoleranzen des Bauteils vorteilhaft kompensieren kann.The power module according to the invention preferably has at least one component in the form of a semiconductor component and / or power component and the component is electrically contacted by means of the at least one power path. The component can advantageously be electrically connected directly to one of the first and second circuit carriers and electrically connected to the other of the circuit carriers by means of the contact piece. In principle and likewise advantageously, the component can be connected in an electrically conductive manner to each of the first and second circuit carriers by means of such a contact piece. In the power module according to the invention, the contact piece with the porous shape consequently forms a mechanical buffer which can advantageously compensate for manufacturing tolerances of the component.

Geeigneter Weise sind bei dem Leistungsmodul gemäß der Erfindung erste und/oder zweite Schaltungsträger mit einem Flachteil mit flächigen Erstreckungen gebildet und der zumindest eine Leitungspfad schräg, insbesondere quer, zu den flächigen Erstreckungen orientiert. Auf diese Weise lassen sich erste und zweite Schaltungsträger oder zwischen diesen befindliche Bauelemente besonders einfach elektrisch anbinden. Die Kontaktstücke sind unaufwändig und kostengünstig durch Kraftbeaufschlagung von erstem und zweitem Schaltungsträger aufeinander zu stauchbar.In the power module according to the invention, first and / or second circuit carriers are suitably formed with a flat part with flat extensions and the at least one line path is oriented obliquely, in particular transversely, to the flat extensions. In this way, first and second circuit carriers or components located between them can be electrically connected in a particularly simple manner. The contact pieces are uncomplicated and inexpensive to compress towards one another by applying force to the first and second circuit carriers.

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist vorzugsweise einen Isolator, insbesondere einen thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff, auf, mit welchem der zumindest eine Leitungspfad vergossen ist. In dieser Weiterbildung ist der mindestens eine Leitungspfad besonders durchschlagsfest elektrisch isoliert. Besonders bevorzugt erstreckt sich der Isolator von erstem zur zweitem Schaltungsträger. Idealerweise ist der Isolator ein Festkörper mit einer höheren mechanischen Steifigkeit als das Material des mindestens einen Kontaktstücks. Auf diese Weise bildet der Isolator einen zusätzlich zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger befindlichen Abstandshalter, welcher eine weitere Stauchung des Kontaktstücks nach erfolgter Anordnung von erstem und zweitem Schaltungsträger wirksam verhindert. In dieser Weiterbildung der Erfindung ist das Leistungsmodul hinsichtlich weiterer äußerer Krafteinwirkungen besonders robust ausgelegt.The power module according to the invention preferably has an insulator, in particular a thermoplastic or thermosetting plastic, with which the at least one conduction path is encapsulated. In this development, the at least one line path is electrically insulated in a particularly puncture-proof manner. The insulator particularly preferably extends from the first to the second circuit carrier. Ideally, the insulator is a solid body with a higher mechanical rigidity than the material of the at least one contact piece. In this way, the insulator forms a spacer which is additionally located between the first and second circuit carrier and which effectively prevents further compression of the contact piece after the first and second circuit carrier have been arranged. In this further development of the invention, the power module is designed to be particularly robust with regard to further external forces.

Besonders bevorzugt bildet das erfindungsgemäße Leistungsmodul eine Halbbrücke.The power module according to the invention particularly preferably forms a half bridge.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls wie vorhergehend beschrieben werden ein erster und ein zweiter Schaltungsträger herangezogen und mindestens ein elektrisch leitendes elektrisches Kontaktstück mit poriger Gestalt wird zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger angeordnet, wobei das mindestens eine Kontaktstück zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger gestaucht wird. Auf diese Weise bildet wie bereits oben beschrieben das Kontaktstück gewissermaßen einen mechanischen Puffer, welcher infolge seiner Stauchbarkeit nicht mit einer hochpräzisen Abmessung vorgefertigt sein muss, sondern das Kontaktstück kann gewissermaßen im nicht gestauchten Zustand etwas zu groß ausgelegt sein, sodass das Kontaktstück infolge seiner Stauchung in eine an die Anordnung von erstem und zweitem Schaltungsträger angepasste äußere Abmessung hineingepresst wird.In the method according to the invention for producing a power module as described above, a first and a second circuit carrier are used and at least one electrically conductive electrical contact piece with a porous shape is arranged between the first and second circuit carrier, the at least one contact piece being compressed between the first and second circuit carrier. In this way, as already described above, the contact piece forms, as it were, a mechanical buffer which, due to its compressibility, does not have to be prefabricated with a high-precision dimension, but the contact piece can be designed somewhat too large in the non-compressed state, so that the contact piece as a result of its compression in an outer dimension adapted to the arrangement of the first and second circuit carrier is pressed in.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels des Kontaktstücks ein Leitungspfad gebildet, welcher vorzugsweise das zumindest eine Bauteil elektrisch kontaktiert.In the method according to the invention, the contact piece preferably forms a conduction path which preferably makes electrical contact with the at least one component.

Zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Kontaktstück mittels Lötens und/oder Sinterns und/oder Diffusionslötens und/oder Klebens und/oder galvanisch elektrisch leitend angebunden.In the method according to the invention, the contact piece is expediently connected in an electrically conductive manner by means of soldering and / or sintering and / or diffusion soldering and / or gluing and / or galvanically.

Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest zwei Leitungspfade zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger mit jeweils mindestens einem Kontaktstück gebildet, wobei die zumindest zwei Leiterpfade um jeweils unterschiedliche Wegstrecken gestaucht werden. Auf diese Weise können bei dem Verfahren Leistungsmodule mit mehreren Leitungspfaden, bei welchem das Problem von Fertigungstoleranzen bei bekannten Lösungen sogar mehrfach auftritt, besonders einfach und kostengünstig gefertigt werden, wie z.B. beim Aufbau einer sogenannten Halbbrücke bei Leistungsmodulen.In the method according to the invention, at least two conduction paths are preferably formed between the first and second circuit carriers, each with at least one contact piece, the at least two conductor paths being compressed by different distances in each case. In this way, with the method, power modules with multiple conduction paths, in which the problem of manufacturing tolerances even occurs more than once in known solutions, can be manufactured particularly easily and inexpensively, such as when building a so-called half bridge in power modules.

Zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der zumindest eine Leitungspfad mit einem Isolator vergossen, insbesondere mit einem, vorzugsweise thermoplastischen oder duroplastischen, Kunststoff. Zweckmäßig kann dazu ein Kunststoff herangezogen werden, welcher eine höhere Steifigkeit aufweist als das Material des Kontaktstücks, wobei durch die Verpressung und das Verlöten der Abstand bereits eingestellt ist. Wie bereits beschrieben kann der Isolator auf diese Weise als zusätzlicher Abstandshalter zwischen erstem und zweiten Schaltungsträger herangezogen werden. Der Kunststoff kann zweckmäßig Füllstoffe aufweisen, insbesondere mit SiO2 oder Al2O3 gebildete Partikel.In the method according to the invention, the at least one conduction path is expediently encapsulated with an insulator, in particular with a preferably thermoplastic or thermoset plastic. Appropriately, a Plastic are used, which has a higher rigidity than the material of the contact piece, the distance is already set by the pressing and soldering. As already described, the insulator can in this way be used as an additional spacer between the first and second circuit carriers. The plastic can expediently have fillers, in particular particles formed with SiO 2 or Al 2 O 3 .

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul in einem ersten Prozessschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch im Längsschnitt,
  • 2 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gemäß 1 in einem weiteren Prozessschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch im Längsschnitt, sowie 3 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gemäß 1 und 2 in einem letzten Prozessschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch im Längsschnitt.
The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
  • 1 a power module according to the invention in a first process step of the method according to the invention, schematically in longitudinal section,
  • 2 the power module according to the invention according to 1 in a further process step of the method according to the invention schematically in longitudinal section, as well as 3 the power module according to the invention according to 1 and 2 in a last process step of the method according to the invention, schematically in longitudinal section.

Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Leistungsmodul 10 umfasst einen ersten 20 und einen zweiten Schaltungsträger 30 in Gestalt eines DCB-Substrats (DCB = engl. „Direct Copper Bonded“. Grundsätzlich kann in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen anstelle eines DCB-Substrats, ein AMB-Susbtrat, ein PCB-Substrat (PCB = engl. „Printed Circuit Board“),ein Kupfersubstrat oder eine andere Art von Schaltungsträger zum Einsatz kommen. Der erste und der zweite Schaltungsträger sind als Flachteile mit zueinander parallelen und einander zugewandten Flachseiten ausgebildet. Die Flachseiten des ersten 20 und des zweiten Schaltungsträgers 30 sind mit einer Metallisierung 40 gebildet (z.B. Cu), welche die äußere Schichten der im Übrigen mit Keramik, beispielsweise Al2O3, Si3N4, AlN oder eine sonstige Keramik oder Kunststoff, beispielsweise Epoxy, gebildeten Schaltungsträger 20, 30 bildet.This in 1 illustrated power module according to the invention 10 includes a first 20th and a second circuit carrier 30th in the form of a DCB substrate (DCB = “Direct Copper Bonded”). In principle, in further exemplary embodiments not specifically shown, instead of a DCB substrate, an AMB substrate, a PCB substrate (PCB = “Printed Circuit Board "), A copper substrate or some other type of circuit carrier can be used. The first and the second circuit carrier are designed as flat parts with flat sides that are parallel and facing each other. The flat sides of the first 20th and the second circuit carrier 30th are with a metallization 40 formed (eg Cu), which are the outer layers of the circuit carrier otherwise formed with ceramic, for example Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , AlN or another ceramic or plastic, for example epoxy 20th , 30th forms.

Zwischen erstem und zweitem Schaltungsträger sind wie in 2 dargestellt zwei Leitungspfade 60, 70 befindlich, welche den elektrischen Strom quer, d.h. senkrecht, zu flächigen Erstreckungen der Flachseiten von erstem 20 und zweitem Schaltungsträger 30 leiten.Between the first and second circuit carrier are as in 2 shown two conduction paths 60 , 70 located, which transversely, ie perpendicularly, the electric current to flat extensions of the flat sides of the first 20th and second circuit carrier 30th conduct.

Ein erster Leitungspfad 60 kontaktiert den ersten 20 und den zweiten Schaltungsträger 30 miteinander. Ein zweiter Leitungspfad 70 kontaktiert ein an dem ersten Schaltungsträger 20 anliegendes und elektrisch ankontaktiertes Halbleiter-Leistungsbauteil 80 mit dem zweiten Schaltungsträger 30. Das Halbleiter-Leistungsbauteil 80 kann dabei vorzugsweise als , „Insulated-Gate Bipolar-Transistor <IGBT>“, Diode, „Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor <MOSFET>“, „Junction Field-Effect Transistor <JFET>“ oder dergleichen ausgebildet sein. Dazu sind zwischen erstem 20 und zweitem Schaltungsträger 30 und zwischen Halbleiter-Leistungsbauteil 80 und zweitem Schaltungsträger 30 jeweils ein elektrisch leitendes Kontaktstück 90, 100 angeordnet und mittels Lotschichten 110 elektrisch leitend angebunden, welches jeweils mit poriger Gestalt gebildet ist. Die porige Gestalt ist im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Schaumstruktur gebildet, indem die Kontaktstücke 90, 100 als Metallschaum, im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kupferschaum, ausgebildet sind.A first conduction path 60 contacted the first 20th and the second circuit carrier 30th together. A second conduction path 70 contacted one on the first circuit carrier 20th Adjacent and electrically connected semiconductor power component 80 with the second circuit carrier 30th . The semiconductor power component 80 can preferably be designed as an “insulated gate bipolar transistor <IGBT>”, diode, “metal oxide semiconductor field effect transistor <MOSFET>”, “junction field effect transistor <JFET>” or the like. These are between the first 20th and second circuit carrier 30th and between semiconductor power component 80 and second circuit carrier 30th one electrically conductive contact piece each 90 , 100 arranged and by means of solder layers 110 connected electrically conductive, which is each formed with a porous shape. The porous shape is in 1 illustrated embodiment with a foam structure formed by the contact pieces 90 , 100 are formed as metal foam, in the illustrated embodiment as copper foam.

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul wird mittels des in den 1 bis 3 gezeigten Schritten des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens wie folgt hergestellt:

  • Das Halbleiter-Leistungsbauteil 80, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Leistungschip, weist an seinen den Flachseiten des ersten 20 und des zweiten Schaltungsträgers 30 zugewandten Seiten zu diesen parallel verlaufende, flächige Metallkontakte auf, welche einerseits mittels einer Lotschicht 110 an den zweiten Schaltungsträger 30 und andererseits mittels einer weiteren Lotschicht 110 an ein erstes 100 der Kontaktstücke 90, 100 elektrisch leitend angebunden werden (1) und so den zweiten Leistungspfad 70 ausbilden. Zudem wird ein weiteres 90 der Kontaktstücke 90, 100 zur Bildung des ersten Leitungspfades 60 mittels je einer Lotschicht 110 an je einer Kupfermetallisierung 40 je einer des ersten 20 und zweiten Schaltungsträgers 30 elektrisch leitend angebunden.
The power module according to the invention is by means of the 1 to 3 shown steps of the manufacturing method according to the invention as follows:
  • The semiconductor power component 80 , in the illustrated embodiment a power chip, has on its flat sides of the first 20th and the second circuit carrier 30th facing sides to these running parallel, flat metal contacts, which on the one hand by means of a solder layer 110 to the second circuit carrier 30th and on the other hand by means of a further layer of solder 110 a first 100 of the contact pieces 90 , 100 be connected electrically conductive ( 1 ) and so the second performance path 70 form. In addition, another 90 of the contact pieces 90 , 100 to form the first conduction path 60 by means of one solder layer each 110 on one copper metallization each 40 one of the first 20th and second circuit carrier 30th connected electrically conductive.

Erfindungsgemäß wird das Leistungsmodul 10 gestaucht, indem der erste 20 und zweite Schaltungsträger 30 jeweils in Richtung N senkrecht zu ihren Flachseiten aufeinander zu kraftbeaufschlagt werden.According to the invention, the power module 10 compressed by the first 20th and second circuit carrier 30th force is applied to each other in direction N perpendicular to their flat sides.

Die als Metallschaum ausgebildeten Kontaktstücke 90, 100 sind, überwiegend plastisch, verformbar, sodass der erste 20 und zweite Schaltungsträger 30 aufeinander zu bewegbar sind, wobei der erste 20 und zweite Schaltungsträger 30 mit ihren Flachseiten zueinander parallel orientiert bleiben. Eventuelle Fertigungstoleranzen werden aufgrund der plastischen Verformung der Kontaktstücke 90, 100, welche sich insbesondere in einer Anisotropie der Geometrie von Poren der Schaumstruktur des jeweiligen Kontaktstücks 90, 100 zeigt, kompensiert (2).The contact pieces designed as metal foam 90 , 100 are, mostly plastic, deformable, so the first 20th and second circuit carrier 30th are movable towards each other, the first 20th and second circuit carrier 30th remain oriented with their flat sides parallel to each other. Any manufacturing tolerances are due to the plastic deformation of the contact pieces 90 , 100 which is in particular in an anisotropy of the geometry of pores of the foam structure of the respective contact piece 90 , 100 shows, compensated ( 2 ).

Wie in 3 gezeigt, kann anschließend das Leistungsmodul 10 mit einem Isolator 120, hier einem duroplastischen Kunststoff mit Füllpartikeln (z.B. aus SiO2 oder Al2O3) , vergossen werden. Anstelle des duroplastischen Kunststoffs kann auch ein thermoplastischer oder elastomerer Kunststoff verwendet werden. Auf diese Weise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul 10 zum einen erster 60 und zweiter Leitungspfad 70 gegeneinander elektrisch isoliert. Zum anderen ist das erfindungsgemäße Leistungsmodul 10 gegenüber Scherkräften, welche den ersten 20 und zweiten Schaltungsträger 30 in flächigen Richtungen ihrer jeweiligen Flachseiten gegeneinander verschieben könnten, zusätzlich robust ausgelegt. Denn der Isolator 120 legt den ersten 20 und zweiten Schaltungsträger 30 zusätzlich relativ zueinander mechanisch fest.As in 3 shown, the power module can then 10 with an isolator 120 , here a thermosetting plastic with filler particles (eg made of SiO 2 or Al 2 O 3 ). Instead of the thermosetting plastic, a thermoplastic or elastomeric plastic can also be used. In this way, the power module according to the invention 10 for one first 60 and second conduction path 70 electrically isolated from each other. On the other hand is the power module according to the invention 10 against shear forces, which the first 20th and second circuit carrier 30th could move their respective flat sides against each other in planar directions, additionally designed robust. Because the isolator 120 lays the first 20th and second circuit carrier 30th additionally mechanically fixed relative to each other.

Für den Aufbau einer Halbbrücke wäre entgegen der vorstehenden Ausführungen und der Darstellung in den 1 bis 3 ein weiteres Halbleiter-Leistungsbauteil erforderlich, auf dessen Darstellung und Beschreibung im erfindungsrelevanten Kontext aus Gründen der Einfachheit und Übersichtlichkeit an dieser Stelle verzichtet worden ist.For the construction of a half bridge, contrary to the above statements and the illustration in FIG 1 to 3 Another semiconductor power component is required, the illustration and description of which in the context of the invention has been omitted for reasons of simplicity and clarity at this point.

Claims (10)

Leistungsmodul mit mindestens einem ersten (20) und einem zweiten Schaltungsträger (30), bei welchem mindestens ein elektrisch leitendes Kontaktstück (90, 100) mit poriger Gestalt zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Kontaktstück (90, 100) zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) gestaucht ist.Power module with at least a first (20) and a second circuit carrier (30), in which at least one electrically conductive contact piece (90, 100) with a porous shape is arranged between the first (20) and second circuit carrier (30), the at least one contact piece (90, 100) is compressed between the first (20) and the second circuit carrier (30). Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Kontaktstück (90, 100) mit poriger Gestalt mit einer Schaumstruktur, insbesondere mit einem Metallschaum, gebildet ist.Power module according to one of the preceding claims, in which the contact piece (90, 100) is formed with a porous shape with a foam structure, in particular with a metal foam. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest zwei Leitungspfade (60, 70) zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) vorhanden sind, die mit jeweils mindestens einem Kontaktstück (90, 100) gebildet sind und bei welchem die zumindest zwei Leiterpfade (60, 70) um jeweils unterschiedliche Wegstrecken gestaucht sind.Power module according to one of the preceding claims, in which there are at least two conduction paths (60, 70) between the first (20) and second circuit carrier (30) which are each formed with at least one contact piece (90, 100) and in which the at least two Conductor paths (60, 70) are compressed by different distances. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest ein Leitungspfad mit zumindest zwei Kontaktstücken gebildet ist.Power module according to one of the preceding claims, in which at least one conduction path is formed with at least two contact pieces. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zumindest ein Bauteil (80) in Gestalt eines Halbleiterbauteils und/oder Leistungsbauteils aufweist und bei welchem das Bauteil mittels des mindestens einen Leistungspfades (70) elektrisch kontaktiert ist.Power module according to one of the preceding claims, which has at least one component (80) in the form of a semiconductor component and / or power component and in which the component is electrically contacted by means of the at least one power path (70). Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste (20) und/oder zweite Schaltungsträger (30) mit einem Flachteil mit flächigen Erstreckungen gebildet ist/sind und bei welchem der zumindest eine Leitungspfad (60, 70) schräg, insbesondere quer, zu den flächigen Erstreckungen orientiert ist.Power module according to one of the preceding claims, in which the first (20) and / or second circuit carrier (30) is / are formed with a flat part with flat extensions and in which the at least one conduction path (60, 70) obliquely, in particular transversely, to is oriented to the two-dimensional extensions. Leistungsmodul nach einem der zumindest eine Leitungspfad (60, 70) mit einem Isolator (120), insbesondere einem duroplastischen oder thermoplastischen oder elastomeren Kunststoff, vergossen ist.Power module according to one of the at least one line path (60, 70) with an insulator (120), in particular a thermosetting or thermoplastic or elastomeric plastic, is encapsulated. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein erster (20) und ein zweiter Schaltungsträger (30) herangezogen werden und wobei mindestens ein elektrisch leitendes elektrisches Kontaktstück (90, 100) mit poriger Gestalt zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) angeordnet wird, wobei das mindestens eine Kontaktstück (90, 100) zwischen erstem (20) und zweitem Schaltungsträger (30) gestaucht wird.Method for producing a power module according to one of the preceding claims, in which a first (20) and a second circuit carrier (30) are used and in which at least one electrically conductive electrical contact piece (90, 100) with a porous shape between the first (20) and the second Circuit carrier (30) is arranged, the at least one contact piece (90, 100) between the first (20) and second circuit carrier (30) being compressed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mittels des Kontaktstücks (90, 100) ein Leitungspfad gebildet wird, welcher vorzugsweise das zumindest ein Bauteil (80) in Gestalt eines Halbleiterbauteils und/oder Leistungsbauteils elektrisch kontaktiert.Method according to one of the preceding claims, in which the contact piece (90, 100) forms a conduction path which preferably makes electrical contact with the at least one component (80) in the form of a semiconductor component and / or power component. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der zumindest eine Leitungspfad (60, 70) mit einem Isolator (120) vergossen wird, insbesondere mit einem, vorzugsweise duroplastischen oder thermoplastischen oder elastomeren, Kunststoff.Method according to one of the preceding claims, in which the at least one conduction path (60, 70) is encapsulated with an insulator (120), in particular with a preferably thermoset or thermoplastic or elastomeric plastic.
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