DE102023113658B3 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem elektronischen Modul und einem Kontaktelement und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und einem Kühlkanal - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem elektronischen Modul und einem Kontaktelement und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und einem Kühlkanal Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem elektronischen Modul (1) und einem Kontaktelement (3) und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul (1) und einem Kühlkanal (2), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Anpressen des Kontaktelements (3) an das elektronische Modul (1) mit einem Anpresswerkzeug (4); und dabei gleichzeitig- Anpressen des elektronischen Moduls (1) an den Kühlkanal (2) mit dem Anpresswerkzeug (4); und dabei gleichzeitig- Herstellung einer Verbindung zwischen dem Kontaktelement (3) und dem elektronischen Modul (1) und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul (1) und dem Kühlkanal (2).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem elektronischen Modul und einem Kontaktelement und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und einem Kühlkanal gemäß Anspruch 1.
  • Die EP 2 306 796 A1 offenbart ein Anpresswerkzeug für einen Sinterprozess zum Verbinden von Komponenten eines elektrischen Schaltmoduls.
  • Die DE 10 2014 221 142 A1 offenbart ein Modul mit einem Leistungshalbleiter und einem Gehäuse. Der Leistungshalbleiter ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. An einer ersten Oberfläche einer ersten Seite des Leistungshalbleiters ist ein erster Kontakt angeordnet, der mit einer ersten Zuleitung elektrisch verbunden ist. Die erste Zuleitung ist bereichsweise außerhalb des Gehäuses angeordnet. Die erste Oberfläche ist mittels einer Bondverbindung mit einer zweiten Zuleitung elektrisch verbunden. Die zweite Zuleitung ist bereichsweise außerhalb des Gehäuses angeordnet. Ein Bereich der ersten Zuleitung, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, ist abschnittsweise mittels einer Sinterverbindung mit einem ersten Außenkontakt verbunden. Ein Bereich der zweiten Zuleitung, der außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, ist abschnittsweise mit einem zweiten Außenkontakt mit einer Sinterverbindung verbunden.
  • Die DE 10 2014 206 601 A1 offenbart ein Verfahren zum Montieren eines elektrischen Bauelements auf einem Substrat. Das Fügen wird durch eine Haube vereinfacht, indem in dieser Haube eine Kontaktierungsstruktur vorgesehen ist und diese beim Aufsetzen der Haube auf verschiedenen Fügeleveln gleichzeitig mit einem Zusatzwerkstoff gefügt wird.
  • Die EP 3 944 312 A1 offenbart eine leistungselektronische Baugruppe, die ein Substrat, zwei Halbleiterschalter, die jeweils auf einer Oberseite eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche aufweisen, ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement umfasst. Zur verbesserten Fertigbarkeit sind die Halbleiterschalter so auf das Substrat und die Kontaktelemente auf die Halbleiterschalter gefügt, dass die ersten Kontaktflächen mit den ersten Kontaktelementen und die zweiten Kontaktflächen mit den zweiten Kontaktelementen elektrisch kontaktiert sind.
  • Die DE 10 2010 044 709 A1 offenbart ein Leistungshalbleitermodul mit einem Substrat, einem Leistungshalbleiterbauelement und einem Leadframe-Element. Sowohl die Verbindung zwischen dem Leadframe-Element und dem Leistungshalbleiterbauelement wie auch die Verbindung zwischen dem Leadframe-Element und dem Substrat umfasst eine Metallsinterverbindung.
  • Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Verbindung eines elektronischen Moduls mit einem Kontaktelement und mit einem Kühlkanal zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Unter einem Kühlkanal wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere ein Kanal verstanden, durch den beim Betrieb des elektronischen Moduls ein Kühlmittel fließt. Das Kühlmittel wird vom elektronischen Modul erwärmt. Das erwärmte Kühlmittel wird vom elektronischen Modul weg geleitet und gibt die Wärme an die Umgebung, beispielsweise in einem Wärmetauscher, ab. Auf diese Weise kann das elektronische Modul vor einer zu starken Erwärmung geschützt werden.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kontaktelement an das elektronische Modul mit einem Anpresswerkzeug angepresst. Gleichzeitig wird auch das elektronische Modul an den Kühlkanal mit dem Anpresswerkzeug angepresst. Dabei ist zu beachten, dass beide Anpressvorgänge nicht unbedingt gleichzeitig gestartet und beendet werden müssen, obwohl dies möglich und bevorzugt ist. Für die Definition „gleichzeitig“ im Rahmen dieser Beschreibung ist es ausreichend, dass die gleichzeitigen Vorgänge zeitlich überlappend stattfinden.
  • Gleichzeitig während des Anpressens des Kontaktelements an das elektronische Modul und des elektronischen Moduls an den Kühlkanal wird eine Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem elektronischen Modul und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und dem Kühlkanal hergestellt. Die Verbindungen können vorzugsweise stoffschlüssig sein.
  • Vorzugsweise beginnt sowohl das Anpressen des Kontaktelements an das elektronische Modul als auch das Anpressen des elektronischen Moduls an den Kühlkanal vor der Herstellung der Verbindungen. Wenn die Verbindungen hergestellt worden sind, können die Anpressvorgänge beendet werden.
  • Durch das gleichzeitige Anpressen des Kontaktelements an das elektronische Modul und des elektronischen Moduls an den Kühlkanal mit dem gleichen Anpresswerkzeug können die beiden Verbindungen mit besonders wenig Aufwand hergestellt werden. Es genügt ein einziger Vorgang des Anpressens und der gleichzeitigen Herstellung der Verbindungen. So können Produktionskosten gesenkt werden.
  • Das gleichzeitige Anpressen des Kontaktelements an das elektronische Modul und des elektronischen Moduls an den Kühlkanal kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Kraft auf das Kontaktelement ausgeübt wird, die dann indirekt über das Kontaktelement auch auf das elektronische Modul wirkt und es an den Kühlkanal anpresst. In diesem Fall kann das Anpresswerkzeug frei von einem direkten Kontakt mit dem elektronischen Modul sein. Es ist aber auch möglich, dass das Anpresswerkzeug sowohl direkt auf das Kontaktelement als auch direkt auf das elektronische Modul eine Kraft ausübt. Das Anpresswerkzeug kann insbesondere einteilig und/oder einstückig ausgebildet sein.
  • Das Anpresswerkzeug presst gleichzeitig zum Anpressen des elektronischen Moduls an den Kühlkanal und des Kontaktelements an das elektronische Modul Stiftkontakte in das elektronische Modul ein. Diese Stiftkontakte können beispielsweise als Pressfitpins bezeichnet werden. So wird der Herstellungsprozess weiter vereinfacht. Da auf das Anpresswerkzeug zum Zwecke des Anpressens eine Kraft ausgeübt werden muss, kann diese Kraft auch gleichzeitig zum Einpressen der Stiftkontakte verwendet werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das elektronische Modul ein Leistungsmodul sein. Unter einem Leistungsmodul wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere ein Modul verstanden, das dazu ausgebildet ist, einem elektrischen Antrieb, elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann es sich bei dem elektrischen Antrieb um einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Leistungsmodul kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen Gleichstrom einer Batterie in einen Wechselstrom zu wandeln. Der Wechselstrom kann dann an den Antrieb ausgegeben werden.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das elektronische Modul nach der Herstellung der Verbindungen dazu ausgebildet sein, Gleichstrom über das Kontaktelement zu empfangen und/oder auszugeben. Hierunter wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass das elektronische Modul dazu ausgebildet ist, elektrische Energie in Form von Gleichstrom über das Kontaktelement zu empfangen und/oder auszugeben.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Verbindung zwischen dem Kontaktelement und dem elektronischen Modul und die Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und dem Kühlkanal mittels Sintern hergestellt werden. Dies ist besonders einfach, da die Verbindungen während des Anpressens durch Erhitzung der Verbindungsbereiche hergestellt werden. Beispielsweise können das Kontaktelement, das elektronische Modul und der Kühlkanal in einer Kammer angeordnet werden, deren Innenraum erhitzt wird.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das elektronische Modul Kühlkanalanschlüsse aufweisen. Die Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und dem Kühlkanal kann eine Verbindung der Kühlkanalanschlüsse mit dem Kühlkanal umfassen, sodass Kühlmittel vom Kühlkanal in die Kühlkanalanschlüsse und umgekehrt strömen kann.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Anpresswerkzeug einen ersten Arm und einen zweiten Arm aufweisen. Das Anpresswerkzeug kann beim Anpressen sowohl eine Kraft auf das Kontaktelement über den ersten Arm als auch eine Kraft direkt auf das elektronische Modul über den zweiten Arm ausüben. Unter dem Begriff „direkt“ wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass keine weiteren Bauteile zwischen den beiden erwähnten Bauteilen vorhanden sind.
  • Die beiden Arme sind vorteilhaft, um die Krafteinwirkung auf das elektronische Modul besser zu verteilen.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können der erste Arm und der zweite Arm parallel zueinander angeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, da dann sowohl die auf das Kontaktelement wirkende Kraft als auch die auf das elektronische Modul wirkende Kraft die gleiche Richtung aufweisen.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung können der erste und der zweite Arm miteinander über ein Querelement, insbesondere direkt, verbunden sein. Das Querelement kann sich dabei beispielsweise senkrecht zum ersten und zum zweiten Arm erstrecken. In diesem Fall kann das Anpresswerkzeug einteilig und/oder einstückig ausgebildet sein.
  • Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Querelement die Stiftkontakte einpressen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt
    • 1 eine schematische Schnittansicht eines auf ein Kontaktelement und ein elektronisches Modul drückenden Anpresswerkzeugs nach einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Das elektronische Modul 1 wird mit einem Anpresswerkzeug 4 an einen Kühlkanal 2 gepresst. Gleichzeitig wird dabei ein Kontaktelement 3 mit dem Anpresswerkzeug 4 an das elektronische Modul 1 gepresst. Dabei drückt ein erster Arm 7 des Anpresswerkzeugs 4 auf das Kontaktelement 3. Indirekt drückt der erste Arm 7 auch über das Kontaktelement 3 auf das elektronische Modul 1. Ein zweiter Arm 8 des Anpresswerkzeugs 4 drückt direkt auf das elektronische Modul 1. Der erste Arm 7 und der zweite Arm 8 sind parallel zueinander angeordnet.
  • Während des Anpressens des elektronischen Moduls 1 an den Kühlkanal 2 und des Anpressens des Kontaktelements 3 an das elektronische Modul 1 werden das elektronische Modul 1 mit dem Kühlkanal 2 und das Kontaktelement 3 mit dem elektronischen Modul 1 stoffschlüssig verbunden. Beispielsweise können die stoffschlüssigen Verbindungen mittels Sintern hergestellt werden.
  • Das Kontaktelement 3 wird mit dem elektronischen Modul 1 verbunden, um das elektronische Modul 1 elektrisch verbinden zu können. Beispielsweise kann es sich bei dem elektronischen Modul 1 um ein Leistungsmodul handeln. Das Kontaktelement 3 kann beispielsweise nach Herstellung der Verbindung mit dem elektronischen Modul 1 dazu verwendet werden, Gleichströme zu übertragen.
  • Das elektronische Modul 1 wird mit dem Kühlkanal 2 verbunden, um beim Betrieb des elektronischen Moduls 1 entstehende Wärme abtransportieren zu können.
  • Beim Anpressen des Kontaktelements 3 an das elektronische Modul 1 und des elektronischen Moduls 1 an den Kühlkanal 2 drückt ein Querelement 6 Stiftkontakte 5, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle mit einem Bezugszeichen versehen sind, in das elektronische Modul 1 hinein. Das Querelement 6 ist dabei senkrecht zu den beiden Armen 7 und 8 angeordnet und verbindet die Arme 7 und 8 miteinander. Die Stiftkontakte 5 können beispielsweise zur Kontaktierung des elektronischen Moduls 1 verwendet werden.
  • Es ist insbesondere vorteilhaft, dass das Anpresswerkzeug 4 gleichzeitig sowohl das Kontaktelement 3 an das elektronische Modul 1 als auch das elektronische Modul 1 an den Kühlkanal 2 presst und zusätzlich auch noch die Stiftkontakte 5 in das elektronische Modul 1 drückt. Auf diese Weise kann mit einem einzigen Anpresswerkzeug 4 in einem einzigen Arbeitsvorgang sowohl das Kontaktelement 3 mit dem elektronischen Modul 1 verbunden werden als auch das elektronische Modul 1 mit dem Kühlkanal 2 verbunden werden als auch die Stiftkontakte 5 in das elektronische Modul 1 hineingedrückt werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem elektronischen Modul (1) und einem Kontaktelement (3) und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul (1) und einem Kühlkanal (2), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Anpressen des Kontaktelements (3) an das elektronische Modul (1) mit einem Anpresswerkzeug (4); und dabei gleichzeitig - Anpressen des elektronischen Moduls (1) an den Kühlkanal (2) mit dem Anpresswerkzeug (4); und dabei gleichzeitig - Herstellung einer Verbindung zwischen dem Kontaktelement (3) und dem elektronischen Modul (1) und einer Verbindung zwischen dem elektronischen Modul (1) und dem Kühlkanal (2), wobei das Anpresswerkzeug (4) gleichzeitig zum Anpressen des elektronischen Moduls (1) an den Kühlkanal (2) und des Kontaktelements (3) an das elektronische Modul (1) Stiftkontakte (5) in das elektronische Modul (1) einpresst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (1) ein Leistungsmodul ist.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (1) nach der Herstellung der Verbindungen dazu ausgebildet ist, Gleichstrom über das Kontaktelement (3) zu empfangen und/oder auszugeben.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen mittels Sintern hergestellt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Modul (1) Kühlkanalanschlüsse aufweist, wobei die Verbindung zwischen dem elektronischen Modul (1) und dem Kühlkanal (2) eine Verbindung der Kühlkanalanschlüsse mit dem Kühlkanal umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpresswerkzeug (4) einen ersten Arm (7) und einen zweiten Arm (8) aufweist, wobei das Anpresswerkzeug (4) beim Anpressen sowohl eine Kraft auf das Kontaktelement (3) über den ersten Arm (7) als auch eine Kraft direkt auf das elektronische Modul (1) über den zweiten Arm (8) ausübt.
  7. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (7) und der zweite Arm (8) parallel zueinander angeordnet sind.
  8. Verfahren nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (7) und der zweite Arm (8) miteinander über ein Querelement (6) verbunden sind
  9. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Querelement (6) die Stiftkontakte (5) einpresst.
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