DE102020206145A1 - Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, Leistungsmodul, elektrische Vorrichtung sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, Leistungsmodul, elektrische Vorrichtung sowie Kraftfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
DE102020206145A1
DE102020206145A1 DE102020206145.9A DE102020206145A DE102020206145A1 DE 102020206145 A1 DE102020206145 A1 DE 102020206145A1 DE 102020206145 A DE102020206145 A DE 102020206145A DE 102020206145 A1 DE102020206145 A1 DE 102020206145A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
power
circuit board
heat sink
power module
connection elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020206145.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Maier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Priority to DE102020206145.9A priority Critical patent/DE102020206145A1/de
Publication of DE102020206145A1 publication Critical patent/DE102020206145A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4878—Mechanical treatment, e.g. deforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/10—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers
    • H01L25/11—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/115—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/50—Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/22—Secondary treatment of printed circuits
    • H05K3/28—Applying non-metallic protective coatings
    • H05K3/284—Applying non-metallic protective coatings for encapsulating mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10166—Transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/13—Moulding and encapsulation; Deposition techniques; Protective layers
    • H05K2203/1305—Moulding and encapsulation
    • H05K2203/1316—Moulded encapsulation of mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/13—Moulding and encapsulation; Deposition techniques; Protective layers
    • H05K2203/1305—Moulding and encapsulation
    • H05K2203/1327—Moulding over PCB locally or completely
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341—Surface mounted components
    • H05K3/3421—Leaded components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls (10, 24, 28) zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers, mit den Schritten:
- Befestigung mehrerer Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) an einer Leiterplatte (2) mittels SMD-Löten, wobei elektrisch leitfähige Anschlusselemente (12, 12a, 12b) jeweils an wenigstens einer Seite der Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) und an der Leiterplatte (2) festgelötet werden,
- Anpressen der Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) an einen Kühlkörper (4),
- wobei die Anschlusselemente (12, 12a, 12b) zum Toleranzausgleich mechanisch verformt werden
Daneben betrifft die Erfindung ein Leistungsmodul.
Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Vorrichtung.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers.
  • Leistungsmodule werden verwendet, um Verbraucher wie Elektromotoren mit einer für den Betrieb notwendigen elektrischen Leistung in steuerbarer Weise zu versorgen. Solche Leistungsmodule werden teilweise auch als Powermodule, Inverter, Wandler oder Wechselrichter bezeichnet.
  • Beispielsweise können Leistungsmodule dazu eingesetzt werden, elektrische Leistungen von einer Batterie hin zu einem Elektromotor geregelt zur Verfügung zu stellen. Der Elektromotor kann beispielsweise in einem Fahrzeug als Antrieb dienen. Dabei kann die steuerbare Leistungsversorgung in einem Bereich von einigen kW bis hin zu mehrere hunderten kW reichen.
  • Die Leistungsmodule verfügen dabei in der Regel über Leistungshalbleiter-Bauelemente, im Folgenden kurz Leistungshalbleiter genannt. Leistungshalbleiter können beispielsweise als IGBT (insulated-gate bipolar transistor), SiC (Leistungsmodul mit Siliziumkarbid-MOSFET) oder Power-MOSFET ausgestaltet sein.
  • Bei bekannten Herstellungsverfahren werden mehrere Leistungsmodule mittels SMD-Löten auf einer Leiterplatte befestigt. Dabei werden Anschlusselemente, auch Beinchen genannt, sowohl am Leistungshalbleiter als auch an der Leiterplatte befestigt. Es gibt Ausgestaltungen von Leistungsmodulen, wobei ein einziges Anschlusselement einen Leistungshalbleiter und eine Leiterplatte verbindet als auch Ausgestaltungen, bei denen jeweils zwei Anschlusselemente pro Leistungshalbleiter verwendet werden. Anschließend wird ein Kühlkörper an der Leiterplatte befestigt, wobei der Kühlkörper auf der Seite der Leistungshalbleiter angeordnet ist. Aufgrund von Fertigungstoleranzen wird der Zwischenraum zwischen den Leistungshalbleitern und dem Kühlkörper mit einem Wärmeleitmaterial befüllt. Dieses Wärmeleitmaterial wird auch Gapfiller genannt.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren besteht einerseits das Problem, dass das Wärmeleitmaterial nur eine begrenzte Wärmeleitfähigkeit aufweist und dadurch der Wärmeabtransport der Leistungshalbleiter auf den Kühlkörper beschränkt ist.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren anzugeben, bei dem Leistungsmodule erhalten werden, die günstiger in der Herstellung und dabei leistungsfähiger im Wärmeabtransport sind.
  • Zur Lösung dieses Problems wird ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, mit den Schritten:
    • - Befestigung mehrerer Leistungshalbleiter an einer Leiterplatte mittels SMD-Löten, wobei elektrisch leitfähige Anschlusselemente jeweils an wenigstens einer Seite der Leistungshalbleiter und an der Leiterplatte festgelötet werden,
    • - Anpressen eines Kühlkörpers an die Leistungshalbleiter,
    • - wobei die Anschlusselemente zum Toleranzausgleich verbogen werden.
  • Im Unterschied zu bekannten Verfahren werden dabei mechanisch verformbare Anschlusselemente verwendet. Dadurch können Fertigungstoleranzen insbesondere beim SMD-Löten und bei der Dicke der Leistungshalbleiter ausgeglichen werden, ohne oder zumindest mit einer viel geringeren Menge an Wärmeleitmaterial als bislang üblich. Als Leistungshalbleiter können wie bekannt unter anderem IGBTs, SiCs oder Power-MOSFETs eingesetzt werden. Das Leistungsmodul weist zumindest eine Leiterplatte, mehrere Leistungshalbleiter, mehrere Anschlusselemente und einen Kühlkörper auf. Der Abstand zwischen einzelnen Leistungshalbleitern und dem Kühlkörper wird nunmehr nicht durch Wärmeleitpaste überbrückt. Vielmehr wird der Kühlkörper solange der Leiterplatte genähert, bis der vom Kühlkörper entfernteste Leistungshalbleiter erreicht ist.
  • Man kann also sagen, dass beim Bewegen des Kühlkörpers zur Leiterplatte hin der zum Kühlkörper am weitesten entfernte Leistungshalbleiter den Bewegungsumfang bestimmt. Beim Stand der Technik war dies der nächstgelegene Leistungshalbleiter.
  • Diese Änderung in der Herangehensweise wird möglich, weil die Anschlusselemente mechanisch verformbar sind. Als mechanisch verformbar gelten Anschlusselemente, die eine Verformung in Richtung zur Leiterplatte hin von wenigstens 0,1 mm erlauben. Bevorzugt erlauben die Anschlusselemente eine Verformung von 0,2 mm. Weiter bevorzugt erlauben die Anschlusselemente eine mechanische Verformung von 0,3 mm. Besonders bevorzugt erlauben Anschlusselemente eine Verformung von 0,4 mm oder weiter bevorzugt von 0,5 mm.
  • Bevorzugt weist wenigstens ein Anschlusselement eine Doppel-S-Form auf. Weiterhin können mehrere oder auch alle Anschlusselemente eine Doppel-S-Form aufweisen. Die Doppel-S-Form erlaubt bei gleichem Querschnitt eine Verbiegbarkeit des Anschlusselementes.
  • Selbstverständlich können die Anschlusselemente zusätzlich und wie bereits bekannt eine thermische Verformbarkeit haben. Beispielsweise können Sie bei Erhitzung eine gewisse Ausdehnung und dabei ggf. auch geringfügige Ausdehnungsänderungen aufweisen. Derartige Änderungen sind aber keine mechanische Verformbarkeit, da diese unabhängig von Temperaturänderungen auftritt und vorgenommen werden kann.
  • Bekannte Anschlusselemente haben eine einfache S-Form und können im eingebauten Zustand allenfalls geringfügigst verbogen werden, bei größerem Druck bricht zuerst die Lötstelle. Lediglich um zu verdeutlichen das die Verformbarkeit falls sie bei bekannten Anschlusselemente überhaupt vorhanden war, weit über die bekannte Verformbarkeit herausgeht, sind die Größenangaben gemacht worden.
  • Daraus ergibt sich ein komplett unterschiedliches Vorgehen im Vergleich zum Stand der Technik. Statt den Kühlkörper so lange auf die Leiterplatte zu bewegen, bis der nächstgelegene Leistungshalbleiter erreicht ist, um dann die vorhandenen Lücken mit einem Wärmeleitmaterial zu füllen wird nunmehr der Kühlkörper solange auf die Leiterplatte zubewegt, bis der am weitesten entfernte Leistungshalbleiter erreicht ist. Dabei werden selbstverständlich die Nähe an dem Kühlkörper gelegenen Leistungshalbleiterelemente in Richtung Leiterplatte gedrückt, wobei die Anschlusselemente verformt werden.
  • Vorzugsweise können die Leistungshalbleiter eingedrückt werden, um den Toleranzausgleich herzustellen.
  • Bevorzugt werden gehäuste Leistungshalbleiter verwendet. Bei diesen ist ein Eindrücken möglich, ohne dass die Funktionalität des Leistungshalbleiters verloren geht.
  • Bevorzugt werden beim Schritt des SMD-Lötens auch Pins an der Leiterplatte angelötet. Diese werden bevorzugt auf der den Leistungshalbleitern abgewandten Seite angelötet. Auch die Pins können verformt beim Andrücken des Kühlkörpers verformt werden.
  • Selbstverständlich kann auch die Leiterplatte mit den festgelöteten Leistungshalbleitern auf den Kühlkörper zubewegt werden im Rahmen des Verfahrens. Es ist lediglich festzustellen, dass die Leiterplatte und der Kühlkörper aufeinander zubewegt werden, dabei können beide Bauteile bewegt werde oder eines auf das Andere hin. Bevorzugt ist aber die Bewegung des Kühlkörpers zur Leiterplatte hin.
  • Bei dieser Bewegung befinden sich die gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterplatte und des Kühlkörpers üblicherweise parallel angeordnet. Bei dem beschriebenen Vorgehen ist es daher unerheblich ob sich die nahe an dem Kühlkörper befindlichen Leistungshalbleiter auf einer Seite der Leiterplatte befinden oder ob sie unregelmäßig verteilt sind. Am Ende soll die Ausrichtung des Kühlkörpers im Vergleich zur Leiterplatte nicht von der Position der Leistungshalbleiter bestimmt werden. Es sollen also keine Krumstellungen des Kühlkörpers erzeugt werden, um einen möglichst guten Kontakt zwischen Kühlkörpern und Leistungshalbleitern zu erhalten.
  • Vorzugsweise kann zwischen der Leiterplatte und den Leistungshalbleitern jeweils ein elastisches Pufferelement, insbesondere ein elektrisch isolierendes elastisches Pufferelement angeordnet werden. Das Pufferelement kann insbesondere vor dem SMD-Löten bereits zwischen den Leistungshalbleitern und der Leiterplatte angeordnet sein. Das Pufferelement dient dabei nicht nur der elektrischen Isolierung, sondern auch der mechanischen Stabilisierung. Das Pufferelement kann die Anschlusselement mechanisch entlasten. Insbesondere kann über das Pufferelement die eigentliche Anbindung des Leistungshalbleiters an die Leiterplatte erfolgen. Dann hat das Anschlusselement nur noch eine sehr begrenzte Lagerungswirkung, wodurch seine mechanische Verformbarkeit weiter erhöht werden kann. Zum Beispiel kann ein völlig flexibler elektrischer Draht als Anschlusselement verwendet werden, wenn die Lagerwirkung alleine vom Pufferelement ausgeht. Derart flexibel und verformbar muss das Anschlusselement nicht sein, es soll aber zeigen, in welche Richtung der Erfindungsgedanke läuft.
  • Bevorzugt ist das SMD-Löten der einzige Lötschritt bzw. Lötprozess des Verfahrens. Weitere Lötschritte sind nicht erforderlich.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Leistungshalbleiter das zugehörige Pufferelement während des Anpressens an den Kühlkörper verformt. Das Pufferelement ist also nicht als eine Art Glasplatte mit Klebestreifen an der Ober- und Unterseite anzusehen, es muss auch eine eigene Verformbarkeit aufweisen. Es soll insbesondere den gleichen Verformungsweg zulassen, den auch die Anschlusselemente ermöglichen.
  • Vorteilhafterweise können an wenigstens zwei Seiten des Halbleiters elektrisch leitfähige Anschlusselemente festgelötet werden. Das heißt, dass der Halbleiter über wenigstens zwei Anschlusselemente an der Leiterplatte befestigt ist. Bevorzugt können genau zwei Anschlusselemente an einem Halbleiter festgelötet werden. Diese sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten des Leistungshalbleiters angeordnet.
  • Bei diesem Aufbau ist insbesondere kein Pufferelement notwendig. In diesem Fall wird die Lagerung des Leistungshalbleiters vollständig von den Anschlusselementen übernommen.
  • Daneben betrifft die Erfindung ein Leistungsmodul zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers, wobei das Leistungsmodul aufweist:
    • - mehrere Leistungshalbleiter,
    • - eine Leiterplatte,
    • - elektrisch leitfähige Anschlusselemente, wobei jeweils wenigstens ein Anschlusselement einen Leistungshalbleiter und die Leiterplatte verbindet,
    • - wobei die Anschlusselemente mittels SMD-Löten befestigt sind,
    • - einem Kühlkörper, wobei die Leistungshalbleiter zwischen dem Kühlkörper und der Leiterplatte angeordnet sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    • - wenigstens ein Anschlusselemente mechanisch verformt ist.
  • Die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs ergeben sich aus der Beschreibung des Herstellungsverfahrens. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass bevorzugt mehrere und insbesondere alle Anschlusselemente mechanisch verformt sein können. Sowohl beim Herstellungsverfahren als auch bei den Leistungshalbleitern bezeichnet das Zählwort „mehrere“ die Anzahl von „wenigstens zwei“. Bei Leistungsmodulen können insbesondere sechs oder zwölf Leistungshalbleiter vorhanden sein. Sechs Leistungshalbleiter werden beispielsweise bei 400 V-Leistungsmodulen und zwölf Halbleiter bei 800 V-Leistungsmodulen verwendet.
  • Vorteilhafterweise kann jeweils ein elastisch Pufferelement zwischen einem Leistungshalbleiter und der Leiterplatte angeordnet sein. Das Pufferelement ist weiterhin bevorzugt elektrisch isolierend, wodurch es die Verformungsarbeit der Anschlusselemente unterstützt. Vorzugsweise kann das Pufferelement den Leistungshalbleiter an der Leiterplatte lagern. Dabei kann das Pufferelement den Leistungshalbleiter ganz alleine lagern oder mit Unterstützung mit eines oder zweier Anschlusselemente.
  • Vorzugsweise können die Leistungshalbleiter als gehäuste Leistungshalbleiter ausgebildet sein. Dann befinden sie sich vormontiert in einem Gehäuse. Bevorzugt kann sich auf der Seite des Kühlkörpers, insbesondere bereits vor der Montage, eine Isolationsschicht befinden. Diese soll elektrisch isolierend sein. Eine Wärmeleitung zum Kühlkörper soll stattfinden.
  • Vorzugsweise kann wenigstens ein Teil der Anschlusselemente die verbundenen Leistungshalbleiter in Richtung Kühlkörper drücken. Das heißt, dass sie nach der Montage eine Kraftwirkung Richtung Kühlkörper entwickeln. Diese Kraft wird durch die Verformungsarbeit am Anschlusselement bewirkt.
  • Vorteilhafterweise kann der hohle Zwischenraum zwischen Leiterplatte und Kühlkörper zumindest teilweise mit einem Füllmaterial befüllt sein. Dabei kann bei der Herstellung das Füllmaterial nach der Montage des Kühlkörpers eingebracht werden. Bevorzugt ist der gesamte hohle Zwischenraum zwischen den Leistungshalbleitern gefüllt. An den Seitenrändern können Freiräume bestehen bleiben, wenn dies gewünscht ist. Besonders bevorzugt ist aber der gesamte Zwischenraum zwischen Leiterplatte und Kühlkörper mit einem Füllmaterial gefüllt.
  • Vorzugsweise wird das Füllmaterial auch um die Pins herum angefüllt.
  • Vorzugsweise kann zumindest zwischen einem Teil der Leistungshalbleiter und dem Kühlkörper ein Wärmeleitmaterial angeordnet sein, wobei die Dicke des Wärmeleitmaterials weniger als 0,4 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Wärmeleitmaterials weniger als 0,3 mm und weiter bevorzugt weniger als 0,2 mm. Bei einem Teil oder auch einem einzigen Leistungshalbleiter kann nach der Montage des Kühlkörper ein geringfügiger Abstand verbleiben. Dieser ist viel geringer als bei der bekannten Montage, wo üblicherweise 0,5 mm und auch mehr vorliegen. Sollten an einer Stelle Zwischenräume zwischen den Leistungshalbleitern und dem Kühlkörper verbeiben, kann an diese Stelle immer noch Wärmeleitmaterial verbracht werden.
  • Wie oben bereits beschrieben kann der mechanische Verformungsweg größer als 0,1 mm sein. Besonders bevorzugt sind auch größere Verformungswege von mehr als 0,2 mm oder mehr als 0,3 mm oder mehr als 0,4 mm und größer als 0,5 mm.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Länge des mechanischen Verformungswegs in Richtung der Flächennormalen der Leiterplatte festgelegt ist, also senkrecht zur Leiterplatte. Etwaige Bewegungen parallel zur Leiterplatte kommen dann noch dazu.
  • Daneben betrifft die Erfindung eine elektrische Vorrichtung mit einem Leistungsmodul. Die elektrische Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Leistungsmodul wie beschrieben ausgebildet ist.
  • Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Vorrichtung und/oder einem Leistungsmodul. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Vorrichtung wie beschrieben und/oder das Leistungsmodul wie beschrieben ausgebildet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
    • 1 ein Leistungsmodul (Stand der Technik),
    • 2 ein Leistungsmodul in einer ersten Ausführungsform,
    • 3 das Leistungsmodul gemäß 2 in einer Vormontagestufe,
    • 4 ein Leistungsmodul in einer zweiten Ausführungsform,
    • 5 ein Leistungsmodul in einer dritten Ausführungsform,
    • 6 das Modul nach 5 in einem Vormontageschritt,
    • 7 das Modul nach 5 in einem anderen Vormontageschritt, und
    • 8 ein Ablaufdiagramm zu einem Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls.
  • 1 zeigt ein Leistungsmodul 1 mit einer Leiterplatte 2, mehreren gehäusten Leistungshalbleitern 3 und einem Kühlkörper 4. Die Leistungshalbleiter 3 sind jeweils über ein Anschlusselement 5 an der Leiterplatte 2 befestigt. Die bekannten Anschlusselemente 5 sind massiv und mechanisch nicht verformbar ausgebildet. Sie weisen eine einfache S-Form auf.
  • Von den Leistungshalbleitern ist jeweils eine integrierte Schaltung 6 als auch ein Leadframe 7 dargestellt. Zwischen einem Leistungshalbleiter 3 und dem Kühlkörper 4 befindet sich jeweils ein Ausgleichselement 8. Das Ausgleichselement 8 dient jeweils dem Toleranzausgleich, der elektrischen Isolation wie auch der Wärmeweiterleitung an den Kühlkörper 4.
  • Bei der Herstellung eines derartigen Leistungsmoduls 1 werden die Halbleiter 3 auf einer Leiterplatte 2 positioniert und die Anschlusselemente 5 mittels SMD-Löten befestigt. Danach werden die Ausgleichselemente 8 positioniert und der Kühlkörper zu den Leistungshalbleitern bzw. zur Leiterplatte 2 hinbewegt. Möglicherweise auftretende Toleranzen werden durch die Ausgleichselemente 8 ausgeglichen. Die Höhe der Ausgleichselemente 8 ist dabei üblicherweise 0,5 mm und größer. Abschließend werden die Leiterplatte 2 und der Kühlkörper 4 mit einem definierten Abstand aneinander befestigt.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul 10 in einer ersten Ausführungsform. In den Figuren tragen gleiche Bauteile jeweils gleiche Bezugszeichen. Dementsprechend sind die Leistungshalbleiter 3, die Leiterplatte 2 und der Kühlkörper 4 mit unveränderten Bezugszeichen versehen. Aufgrund des unterschiedlichen Herstellungsverfahrens haben die Anschlusselemente 12 eine andere Form als die Anschlusselemente 5 nach 1, nämlich eine Doppel-S-Form. Auch befindet sich im Unterschied zu 1 jeweils ein Pufferelement 14 zwischen einem Leistungshalbleiter 3 und der Leiterplatte 10. Die Pufferelemente 14 sind elastisch und erlauben ein Nachgeben, wenn der Kühlkörper 4 die Leistungshalbleiter 3 in Richtung der Leiterplatte 2 drückt. Durch die Pufferelemente 14 kann beispielsweise erreicht werden, dass sich aufgrund der Anschlusselemente 12 kein Hebelmoment ergibt und die Leistungshalbleiter 3 im Vergleich zur Leiterplatte 2 verdreht oder gekippt werden. Bevorzugt sind die Pufferelemente 14 elektrisch isolierend. Da bei diesem Aufbau die Leistungshalbleiter 3 und der Kühlkörper 4 einen direkten Kontakt aufweisen oder lediglich eine sehr geringe Menge von Wärmeleitmaterial vorhanden ist, ist die Wärmeabfuhr in den Kühlkörper 4 erheblich verbessert.
  • Wenigstens eines der Anschlusselemente 12 ist mechanisch verformt dahingehend, dass nach dem Andrücken des Kühlkörpers 4 die Position des entsprechenden Leistungshalbleiters 3 in Richtung des Pfeils 16 verschoben ist. Die mechanische Verformung wenigstens eines Anschlusselementes 12 kommt daher, dass der Kühlkörper solange die Leistungshalbleiter 3 in Richtung der Leiterplatte 2 drückt, bis auch der entfernteste Leistungshalbleiter 3 am Kühlkörper 4 anliegt. Dabei wird auch ein Teil der Pufferelemente 14 zusammengedrückt. In der Folge befindet sich zwischen den Leistungshalbleitern 3 und dem Kühlkörper 4 entweder gar kein oder sehr viel weniger Wärmeleitmaterial als vorher.
  • 3 zeigt das Leistungsmodul 10 nach 2 in einem Vormontageschritt. Dabei sind die Leistungshalbleiter 3a und 3b über die Anschlusselemente 12a und 12b an der Leiterplatte befestigt, ebenso sind die Pufferelemente 14 positioniert wie auch die Pins 9. Der Kühlkörper 4 ist von diesem Aufbau noch entfernt. Man erkennt, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen der Abstand des linken Leistungshalbleiters, hier zur Unterscheidung mit dem Bezugszeichen 3a versehen, näher am Kühlkörper ist als der Leistungshalbleiter 3b. Der Abstand 18 ist über die strichlierten Linien 20 und 22 veranschaulicht. Wird nun der Kühlkörper so lange in Richtung des Pfeils 16 auf die Leiterplatte 2 hin zubewegt, bis er am Leistungshalbleiter 3b anliegt, so hatte er bereits vorher mit dem Leistungshalbleiter 3a Kontakt. Der Leistungshalbleiter 3a wird so lange in Richtung der Leiterplatte 2 gedrückt, bis der Kühlkörper 4 mit dem Leistungshalbleiter 3b ebenfalls Kontakt hat. Dabei wird das Pufferelement 14a zusammengedrückt und das Anschlusselemente 12a mechanisch verformt. Der Verformungsweg des Anschlusselementes 12a entspricht dabei im Wesentlichen dem Abstand 18.
  • Der Übersicht halber sind in 3 lediglich zwei Leistungshalbleiter 3a und 3b dargestellt. Wie weiter oben beschrieben können sich aber grundsätzlich beliebig viele, insbesondere auch sechs oder zwölf Leistungshalbleiter auf einer Leiterplatte 2 befinden. In diesem Fall können mehrere der Anschlusselemente 12 mechanisch verformt werden. Insbesondere können auch alle Anschlusselemente 12 verformt werden, nämlich dann, wenn selbst die Position dem Kühlkörper nähesten Leistungshalbleiters 3 etwas überdrückt wird.
  • Durch diese Art der Herstellung des Leistungsmoduls 10 ist bei dessen Herstellung statt dreier Lötschritte lediglich der Schritt des SMD-Lötens zur Befestigung der Anschlusselemente 12 und der Pins 9 notwendig.
  • Bezüglich der Pinform wird eine doppelte Gull-Wing-Struktur angestrebt, allerdings kann aufgrund des Gegenlagers auch einfache Gullwingform verwendet werden.
  • Wie beschrieben wird der Kühlkörper 4 an die Leistungshalbleiter 3 angepresst bzw. die Leistungshalbleiter 3 werden zum Toleranzausgleich leicht eingedrückt. Auch die Pins 12 werden verformt.
  • Gegendruck wird erzeugt und ein Gegenlager gegen den Druck gebildet durch die elastischen Pufferelemente 14.
  • Zwischen dem Kühlkörper 4 und der Kühlfläche der Leistungshalbleiter 3 kann ein nichtisolierender, thermisch gut leitender Spaltfüller verwendet werden. Dessen Dicke beträgt ca. 50µm. Sie dient nur zum Ausgleich der Oberflächenrauhigkeit. Durch die elektrische Isolierung in den Leistungshalbleitern 3 ist ein direkter Kontakt zum Kühlkörper 4 zulässig.
  • Die Stromzuführung erfolgt über die Hochstromleiterplatte 2.
  • Die Pins 12 sind nur auf einer Seite der Leiterplatte 2 angeordnet.
  • Zusammengefasst weist das Leistungsmodul nach 2 und 3 folgende Merkmale auf:
    • • Leiterplatte 2 als Schaltungsträger und als Stromzuführung für die Leistungshalbleiter 3
    • • Verwendung diskreter gehäuster Leistungshalbleiter 3, mit der Kühlfläche auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte („Top-Side-Cooling“)
    • • Elektrische Anbindung der Leistungshalbleiter 3 erfolgt durch SMD-Lötprozess
    • • Im SMD Lötprozess wird mindestens auch die Ansteuerelektronik mitbestückt und gelötet
    • • Zwischen den Leistungshalbleitern 3 und der Leiterplatte 2 liegt ein elastisches Puffermaterial 14. Dabei kann es sich um Silikonfolie, Gappads, etc. handeln.
    • • Die Beinchen der Leistungshalbleiter 3 sind in der Form gestaltet möglichst die beim Anpressen des Kühlkörpers entstehende mechanische Krafteinwirkung auf die Lötstelle zu reduzieren und die mechanische Verformung (Spaltreduzierung um >0,5mm) aufzunehmen.
    • • Der Kühlkörper 4 wird anschließend angepresst und darüber der Toleranzausgleich hergestellt: der Spalt zwischen Leiterplatte 2 und den Leistungshalbleiter 3 wird bewusst reduziert; Elastische Pufferelemente und die Anschlusselemente 12 werden mechanisch verformt. Die elastischen Pufferelemente 14 sorgen dafür, dass die Leistungshalbleiter 3 zwecks guter Entwärmung an den Kühlkörper 4 mit gewissen Druck angedrückt bleiben, direkter Kontakt ist erwünscht und zulässig. Das Verpressen hat das Ziel, den Spalt zu den Leistungshalbleitern 3 bis auf die verbleibende Oberflächenrauhigkeit möglichst auf Null zu reduzieren und die mechanischen Toleranzen des Gesamtsystems auszugleichen. Bspw. kann der Kühlkörper 4 ein Gehäuseteil sein, in dem die Leiterplatte 2 montiert wird.
    • • Um die Oberflächenrauhigkeit auszugleichen und damit einen sehr guten Wärmeübergang zu schaffen wird zwischen Kühlkörper 4 und angepressten Leistungshalbleitern 3 ein thermisch gutleitender Spaltfüller verwendet, z.B. thermal Grease. Der Spaltfüller kann sowohl auf den Leistungshalbleitern 3 oder auf dem Kühlkörper 4 aufgebracht werden.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Leistungsmoduls 24. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach den 2 und 3 werden statt eines Pufferelements 14 zwei Anschlusselemente 12 pro Leistungshalbleiter vorgesehen. Auch diese Anschlusselemente 12 sind mechanisch verformbar. Zumindest ein Teil der Anschlusselemente 12 wird bei der Herstellung des Leistungsmoduls 24 auch entsprechend wie in 3 dargestellt verformt. Unabhängig von dieser Variation kann vorgesehen sein, dass die Hohlräume zwischen dem Kühlkörper 4 und der Leiterplatte 2 mit einem Füllmaterial 26 befüllt werden. In 4 ist der gesamte Hohlraum zwischen dem Kühlkörper 4 und der Leiterplatte 2 gefüllt. Die Auffüllung erfüllt nach der Anbringung des Kühlkörpers 4.
  • Die Funktion Federelement wird dann über die Anschlusselemente 12 realisiert. Nachteilig wäre allerdings, dass man dauerhaft Kraft auf die Lötstelle einleitet und somit die Lötstellenzuverlässigkeit reduziert. Bevorzugt wird daher durch einen nachgelagerten Prozess eine Art Druckentlastung schaffen. Geeignet ist z.B. ein nachgelagerter Klebe- oder Underfillprozess ähnlich wie bei BGA-Gehäusen, wo man Leistungshalbleiter 3 und Leiterplatte 2 fest miteinander verbindet und damit eine Entkopplung schafft, welche die permanente mechanische Krafteinleitung auf die Lötstelle reduziert.
  • Ansonsten gelten die Ausführungen wie zu den 2 und 3 vorgenommen.
  • 5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Leistungsmoduls 28. Dabei ist ein elektrischer Isolator 30 jeweils zwischen einem Leistungshalbleiter 3 und dem Kühlkörper 4 angeordnet. Bei einem Isolator 30 kann es sich bevorzugt um ein keramisches Plättchen (DCB) handeln. Die Hohlräume wurden abschließend wiederum mit Füllmaterial 26 gefüllt.
  • 6 zeigt das Leistungsmodul 28 in einem ersten Vormontageschritt. Dabei kann man erkennen, dass die Isolatoren 30 bei dieser Ausgestaltung bereits im Schritt des SMD-Lötens an den Leistungshalbleitern 3 angebracht werden und dann der gesamte Aufbau mit dem Kühlkörper verbunden wird.
  • Die Isolatoren 30 können als keramisches Plättchen (DCB) ausgebildet sein. Sie kann in den Leistungshalbleitern 3 angeordnet sein. Prinzipiell gibt es auch die Möglichkeit diese extern aufzubringen. Weiterhin ist ein Auflöten auf die Leistungshalbleiter 3 während des SMD- Prozesses oder ein Aufbringen während des Anpressens des Kühlkörpers 4 möglich. Beim Letzteren kann man noch einen Spaltfüller aufbringen, um die Oberflächenrauhigkeit auszugleichen.
  • 7 zeigt einen alternativen Vormontageaufbau, bei diesem sind die Isolatoren 30 auf dem Kühlkörper 4 befestigt, bevor dieser Aufbau mit der Leiterplatte und den daran befestigten Leistungshalbleitern verbunden wird. Bei den Herstellungsschritten nach den 6 und 7 wird zwar jeweils das Leistungsmodul 28 nach 5 erhalten, jedoch ist der Aufbau nach 6 weist einen Schritt weniger auf und ist damit bevorzugt.
  • Bei 48V-Anwendungen sind nicht so hohe Isolationsanforderungen vorhanden. Die elektrische Isolation zum Kühlkörper hin wird daher aus Kostengründen nicht durch ein DCB im oder extern auf dem Leistungsschalter umgesetzt, sondern über TIM-Material realisiert. Bei 48V-Anwendungen kann anstatt dem isolierenden Keramikplättchen ein isolierendes TIM-Material, z.B. eine elektrisch isolierende aber thermisch gut leidende Folie oder ein isolierender Gapfiller mit Abstandskügelchen eingesetzt werden. Die Folie bzw. der Gapfiller mit Abstandkügelchen wird somit auf sein Mindestmaß bzw. auf Anschlag angepresst. Damit lassen sich deutliche geringere Abstände als wie im Stand der Technik erreichen, da der mechanische Toleranzausgleich über die Verformung der Anschlusselemente gelöst wird.
  • 8 zeigt ein Ablaufschema zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls. In Schritt S1 werden, die Bereitstellung der jeweiligen Bauteile vorausgesetzt, die Anschlusselemente 12 an der Leiterplatte festgelötet. Die Anschlusselemente sind üblicherweise Teil der Leistungshalbleiter 3, sie können also vorgefertigt mitgeliefert sein. Dabei wird darauf geachtet, dass der Abstand 11 zwischen der Oberseite eines Leistungshalbleiters 3 und der Unterseite der Leiterplatte 2 größer ist als die Strecke, um die die Leistungshalbleiter 3 in Richtung der Leiterplatte 2 verschoben werden sollen. Befindet sich beispielsweise ein Pufferelement 14 zwischen der Leiterplatte 2 und dem Leistungshalbleiter 3, ist der Abstand 11 in Abhängigkeit der Elastizität des Pufferelementes 14 entsprechend größer zu wählen. Werden Isolatoren auf der Unterseite der Leistungshalbleiter 3 angeordnet, können diese in Schritt S1 ebenfalls mittels des SMD-Lötens befestigt werden.
  • Werden Pufferelemente 14 zwischen die Leistungshalbleiter 3 und die Leiterplatte 2 eingebracht, so werden diese vor dem SMD-Löten angeordnet.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung jeweils eines Pufferelementes 14 oder Isolators 30 folgende Ausführungsformen umfassen kann:
    • Zum einen kann ein einziger großflächiger Isolator 30 oder ein einziges großflächiges Pufferelement 14 angeordnet sein. Das Pufferelement 14 kann dann einige Öffnungen zur Durchführung der Anschlusselemente 12 aufweisen. In einer alternativen Ausführungsform können auch mehrere Isolatoren 30 und Pufferelemente 14 vorgesehen sein, jeweils eines pro Leistungshalbleiter. Die Ausgestaltung sind dabei unabhängig voneinander. Beispielsweise können mehrere einzelne Pufferelemente 14 vorhanden sein und ein einziger großflächiger Isolator 30.
  • In Schritt S2 wird der Kühlkörper, gegebenenfalls mit darauf angeordneten Isolatoren 30, und die Leiterplatte 2 aufeinander zubewegt. Dies umfasst sowohl ein Bewegen des Kühlkörpers 4 in Richtung der Leiterplatte 2, ein Bewegen der Leiterplatte 2 in Richtung des Kühlkörpers 4 als auch ein Bewegen sowohl der Leiterplatte 2 als auch des Kühlkörpers 4.
  • In Schritt S3 wird zumindest ein Teil der Anschlusselemente 12 mechanisch verformt. Dies dient dem Toleranzausgleich und einer optimalen Anbindung der Leistungshalbleiter 3 an den Kühlkörper 4. Dabei sind die vor dem Andrücken vorhandenen Abständige so gewählt, dass sie größer sind als der maximal zu überbrückende Abstand 18 zwischen Kühlkörper 4 und dem weitest beanstandeten Leistungshalbleiter 3. Es können aber auch alle Anschlusselemente mechanisch verformt werden, wenn dies notwendig ist.
  • Die mechanische Verformung beträgt dabei wenigstens 0,1 mm gerechnet in Richtung des Pfeils 16. Diese Richtung ist in allen Ausführungsformen identisch. Wie weiter oben beschrieben können aber auch mehr als 0,2 mm, mehr als 0,3mm, mehr als 0,4 mm, mehr als 0,5 mm Verformungsweg erzielt werden. Dieser Verformungsweg ist der Verformungsweg des am meisten verformten Anschlusselementes. Wie bereits beschrieben kann der Verformungsweg unterschiedlich ausfallen. An wenigstens einem Leistungshalbleiter wird aber wenigstens 0,1 mm Verformungsweg vorgenommen.
  • In Schritt S4 kann der Hohlraum zwischen Kühlkörper 4 und Leiterplatte 2 sowie auch die Oberseite der Leiterplatte 2, auf der anderweitige SMD-Bauteile 9 angeordnet sind, mit Füllmaterial gefüllt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Leistungsmodul
    2
    Leiterplatte
    3
    Leistungshalbleiter
    3a
    Leistungshalbleiter
    3b
    Leistungshalbleiter
    4
    Kühlkörper
    5
    Anschlusselement
    6
    integrierte Schaltung
    7
    Leadframe
    8
    Ausgleichselement
    9
    anderweitige SMD Bauteile
    10
    Leistungsmodul
    12
    Anschlusselemnt
    12a
    Anschlusselemnt
    12b
    Anschlusselemnt
    14
    Pufferelement
    14a
    Pufferelement
    14b
    Pufferelement
    16
    Pfeil
    18
    Abstand
    20
    Linie
    22
    Linie
    24
    Leistungsmodul
    26
    Füllmaterial
    28
    Leistungsmodul
    30
    Isolator
    S1
    Schritt
    S2
    Schritt
    S3
    Schritt
    S4
    Schritt

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls (10, 24, 28) zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers, mit den Schritten: - Befestigung mehrerer Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) an einer Leiterplatte (2) mittels SMD-Löten, wobei elektrisch leitfähige Anschlusselemente (12, 12a, 12b) jeweils an wenigstens einer Seite der Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) und an der Leiterplatte (2) festgelötet werden, - Anpressen eines Kühlkörpers an die Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b), - wobei die Anschlusselemente (12, 12a, 12b) zum Toleranzausgleich mechanisch verformt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Leiterplatte (2) und den Leistungshalbleitern (3, 3a, 3b) jeweils ein Pufferelement (14, 14a, 14b), insbesondere ein elektrisch isolierendes, elastisches Pufferelement (14, 14a, 14b), angeordnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) das zugehörige Pufferelement (14, 14a, 14b) während des Anpressens an den Kühlkörper (4) verformt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch leitfähige Anschlusselemente (12, 12a, 21b) jeweils an wenigstens zwei Seite, insbesondere genau zwei Seiten, der Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) und an der Leiterplatte (2) festgelötet werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschlusselement (12, 12a, 12b) in Richtung zur Leiterplatte (2) mehr als 0,1 mm verformt wird.
  6. Leistungsmodul (10, 24, 28) zur steuerbaren elektrischen Leistungsversorgung eines Verbrauchers, wobei das Leistungsmodul (10, 24, 28) aufweist: - eine Mehrzahl von Leistungshalbleitern (3, 3a, 3b), - eine Leiterplatte (2), - elektrisch leitfähige Anschlusselemente (12, 12a, 12b), wobei jeweils wenigstens ein Anschlusselement (12, 12a, 12b) einen Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) und die Leiterplatte (2) verbindet, - wobei die Anschlusselemente (12, 12a, 12b) mittels SMD-Löten befestigt sind, - einem Kühlkörper (4), wobei die Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) zwischen dem Kühlkörper (4) und der Leiterplatte (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens ein Anschlusselement (12, 12a, 12b) mechanisch verformt ist.
  7. Leistungsmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein elektrisch isolierendes Pufferelement (14, 14a, 14b) zwischen einem Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) und der Leiterplatte (2) angeordnet ist.
  8. Leistungsmodul nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils wenigstens zwei Anschlusselemente (12, 12a, 12b) einen Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) und die Leiterplatte (2) verbinden.
  9. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) als gehäuste Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) ausgebildet sind und die Anschlusselemente (12) zum Gehäuse des Leistungshalbleiters gehören.
  10. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Anschlusselemente (12, 12a, 12b) die verbundenen Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) in Richtung Kühlkörper (4) drückt.
  11. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Zwischenraum zwischen Leiterplatte (2) und Kühlkörper (4) zumindest teilweise mit einem Füllmaterial (26) gefüllt ist.
  12. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen einem Teil der Leistungshalbleiter (3, 3a, 3b) um dem Kühlkörper (4) ein Wärmeleitmaterial (30) angeordnet ist, wobei die Dicke des Wärmeleitmaterials (30) weniger als 0,4 mm beträgt.
  13. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Verformungsweg wenigstens eines Anschlusselementes (12, 12a, 12b) größer als 0,1 mm ist.
  14. Elektrische Vorrichtung mit einem Leistungsmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (10, 24, 28) nach einem der Ansprüche 6 bis 13 ausgebildet ist.
  15. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Vorrichtung und/oder einem Leistungsmodul, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Vorrichtung nach Anspruch 14 und/oder das Leistungsmodul (10, 24, 28) nach einem der Ansprüche 6 bis 13 ausgebildet ist.
DE102020206145.9A 2020-05-15 2020-05-15 Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, Leistungsmodul, elektrische Vorrichtung sowie Kraftfahrzeug Pending DE102020206145A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020206145.9A DE102020206145A1 (de) 2020-05-15 2020-05-15 Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, Leistungsmodul, elektrische Vorrichtung sowie Kraftfahrzeug

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020206145.9A DE102020206145A1 (de) 2020-05-15 2020-05-15 Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, Leistungsmodul, elektrische Vorrichtung sowie Kraftfahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020206145A1 true DE102020206145A1 (de) 2021-11-18

Family

ID=78280546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020206145.9A Pending DE102020206145A1 (de) 2020-05-15 2020-05-15 Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, Leistungsmodul, elektrische Vorrichtung sowie Kraftfahrzeug

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102020206145A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20300479U1 (de) 2002-01-30 2003-03-27 Papst-Motoren GmbH & Co. KG, 78112 St. Georgen Leistungs-Halbleiter und Anordnung mit einem solchen
EP1524893A1 (de) 2003-10-03 2005-04-20 C.R.F. Società Consortile per Azioni Elekronische Steuereinheit mit einem verbesserten Wärmeabfuhrsystem, inbesondere für Kraftfahrzeuge
DE102007014789B3 (de) 2007-03-28 2008-11-06 Ixys Ch Gmbh Anordnung mindestens eines Leistungshalbleitermoduls und einer Leiterplatte und Leistungshalbleitermodul
WO2009039921A1 (de) 2007-09-21 2009-04-02 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Vefahren zur herstellung einer vorrichtung, verwendung eines mechanischen wechselfeldes beim herstellen einer vorrichtung und vorrichtung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20300479U1 (de) 2002-01-30 2003-03-27 Papst-Motoren GmbH & Co. KG, 78112 St. Georgen Leistungs-Halbleiter und Anordnung mit einem solchen
EP1524893A1 (de) 2003-10-03 2005-04-20 C.R.F. Società Consortile per Azioni Elekronische Steuereinheit mit einem verbesserten Wärmeabfuhrsystem, inbesondere für Kraftfahrzeuge
DE102007014789B3 (de) 2007-03-28 2008-11-06 Ixys Ch Gmbh Anordnung mindestens eines Leistungshalbleitermoduls und einer Leiterplatte und Leistungshalbleitermodul
WO2009039921A1 (de) 2007-09-21 2009-04-02 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Vefahren zur herstellung einer vorrichtung, verwendung eines mechanischen wechselfeldes beim herstellen einer vorrichtung und vorrichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018121403B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer stabilisierten Platine
DE102014212519B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE19951752B4 (de) Elektrische Druckkontaktvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102006047989B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE69826927T2 (de) Elektronisches Leistungsmodul und Leistungsgerät damit
DE102011017585B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen derselben
EP1772902B1 (de) Leistungshalbleitermodul mit Isolationszwischenlage und Verfahren zu seiner Herstellung
EP1830404A2 (de) Leistungshalbleitermodul und zugehöriges Herstellungsverfahren
DE112016005794T5 (de) Schaltungsanordnung und elektrischer Anschlusskasten
DE102017212233A1 (de) Elektrische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe
WO2011113867A1 (de) Schaltungseinheit mit stromschiene zur strom- und wärmeübertragung sowie ein verfahren zur herstellung dieser schaltungseinheit
EP3301710A1 (de) Wärmeleitender isolator
DE102017125052A1 (de) Leistungshalbleitermodul mit einer Schalteinrichtung und Leistungshalbleitereinrichtung mit einem derartigen Leistungshalbleitermodul
DE102018204473B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102015221062B4 (de) Halbleiterschaltungsanordnung mit gepresstem gel und montageverfahren
DE102016115221A1 (de) Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Substraten zur Bildung eines Moduls
DE102014206606A1 (de) Verfahren zum Montieren eines elektrischen Bauelements auf einem Substrat
DE102005026233B4 (de) Elektrisches Leistungsmodul
DE102006032436A1 (de) Vorrichtung zur Anordnung an einer Leiterplatte
DE102020206145A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls, Leistungsmodul, elektrische Vorrichtung sowie Kraftfahrzeug
WO2023083823A1 (de) Leiterplattenanordnung
EP2006910A2 (de) Leistungselektronikmodul
DE102019115573B4 (de) Leistungselektronische Schalteinrichtung und Verfahren zur Herstellung
DE112021002959T5 (de) Montagestruktur für halbleitermodule
DE69602663T2 (de) Elektronischer Leistungsmodul

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified