DE102016215982A1 - Power module, manufacturing process and power electronics circuit - Google Patents

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Abstract

Das Leistungsmodul ist mit mindestens einer Anordnung mindestens eines oder mehrerer Leistungsbauteile sowie mit einer ersten und einer zweiten Metalllage ausgebildet, wobei die Anordnung an einer ersten Seite mittels der ersten Metalllage elektrisch kontaktiert ist und an einer zweiten, der ersten abgewandten Seite, mittels der zweiten Metalllage elektrisch kontaktiert ist, wobei erste und zweite Metalllage je an jeweils einem Kühlkörper flächig thermisch angebunden sind.The power module is formed with at least one arrangement of at least one or more power components and with a first and a second metal layer, wherein the arrangement is electrically contacted on a first side by means of the first metal layer and on a second, the first side facing away, by means of the second metal layer electrically contacted, wherein the first and second metal layers are each thermally connected to a respective heat sink surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls und eine Leistungselektronikschaltung. The invention relates to a power module, a method for producing such a power module and a power electronics circuit.

Es ist bekannt, Leistungshalbleiter auf ein DCB-Substrat aufzubringen und mit Hilfe von Bonddrähten elektrisch zu kontaktieren. Die Leistungshaltleiter werden beispielsweise auf eine Bodenplatte gelötet, nachfolgend in ein Gehäuse eingebracht und mit Silikon vergossen. It is known to apply power semiconductors to a DCB substrate and to contact them electrically with the aid of bonding wires. The power-holding conductors are soldered, for example, to a base plate, subsequently introduced into a housing and potted with silicone.

Leistungsmodule werden fortschreitend mit kleinerer Baugröße sowie mit höherem Integrationsgrad und größerem Funktionsumfang ausgelegt. Allerdings bleibt für die weitere Integration von elektrischen und elektronischen Komponenten nur wenig Platz. Ferner ist bei fortschreitender Miniaturisierung die Entwärmung problematisch. Die maximale Leistung bei möglichst geringem Volumen ist folglich begrenzt. Power modules are progressively designed with a smaller size and with a higher degree of integration and greater functionality. However, there is only limited space for the further integration of electrical and electronic components. Furthermore, as miniaturization progresses, cooling is problematic. The maximum power with the lowest possible volume is therefore limited.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Leistungsmodul zu schaffen, welches insbesondere mit verringerter Baugröße und kostengünstig herstellbar ist. Zweckmäßig soll das Leistungsmodul effizient betreibbar sein. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines solchen Leistungsmoduls anzugeben. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Leistungselektronikschaltung zu schaffen, welche insbesondere eine weitere Verringerung der Baugröße, eine höhere Effizienz im Betrieb sowie eine Verringerung der Herstellungskosten erlaubt. Against this background, it is an object of the invention to provide an improved power module, which is produced in particular with reduced size and cost. The power module should expediently be operable efficiently. In addition, it is an object of the invention to specify an improved method for producing such a power module. It is another object of the invention to provide an improved power electronics circuit, which in particular allows a further reduction in size, a higher efficiency in operation and a reduction in manufacturing costs.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Leistungsmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, mit einem Verfahren mit den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Leistungselektronikvorrichtung mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben. This object of the invention is achieved with a power module having the features specified in claim 1, with a method having the features specified in claim 10 and with a power electronics device having the features specified in claim 13. Preferred embodiments of the invention are set forth in the appended subclaims, the following description and the drawing.

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist mindestens eine Anordnung mindestens eines oder mehrerer Leistungsbauteile und mindestens eine erste und eine zweite Metalllage sowie mindestens einen Kühlkörper auf. Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul ist die Anordnung mit einer ersten Seite an die erste Metalllage elektrisch kontaktiert und mit einer zweiten, der ersten abgewandten, Seite an die zweite Metalllage elektrisch kontaktiert, wobei erste und zweite Metalllage jeweils an den oder einen der Kühlkörper flächig thermisch angebunden sind. The power module according to the invention has at least one arrangement of at least one or more power components and at least one first and one second metal layer and at least one heat sink. In the case of the power module according to the invention, the arrangement is electrically contacted to the first metal layer by a first side and electrically contacted to the second metal layer by a second side facing away from the first, wherein the first and second metal layers are thermally bonded to the one or more heat sinks ,

Unter der Wendung „Anordnung mindestens eines oder mehrerer Leistungsbauteile“ ist ein Leistungsbauteil oder eine Gesamtheit mehrerer Leistungsbauteile zu verstehen. Ist die Anordnung elektrisch kontaktiert, so kann darunter zu verstehen sein, dass ein Leistungsbauteil der Gesamtheit kontaktiert ist. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, sind dabei sämtliche Leistungsbauteile kontaktiert. The term "arrangement of at least one or more power components" is understood to mean a power component or an entirety of several power components. If the arrangement is electrically contacted, then it can be understood that a power component of the entirety is contacted. Preferably, but not necessarily, all power components are contacted.

Der Grundgedanke der Erfindung beruht auf der Verknüpfung der zweiseitigen, sehr leistungsbauteilnahen elektrischen Anbindung mit einer effizienten Kühlung des zumindest einen Leistungsbauteils. Aufgrund der Metalllagen ist eine gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafte planare Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) realisiert: So erlauben dies Metalllagen gleichzeitig eine effiziente Entwärmung, indem sie einerseits einen besonders guten thermischen Kontakt an den jeweils angebundenen Kühlkörper erlauben sowie ihrerseits bereits als wärmespreizendes Element wirken können. Durch die sehr leistungsbauteilnahe elektrische Anbindung wird ein extrem niederinduktiver Aufbau ermöglicht. Durch den niederinduktiven Aufbau und die verbesserte Kühlung des zumindest einen Leistungsbauteils können die Eigenschaft des zumindest einen Leistungsbauteils weitaus besser ausgenutzt werden als bislang bekannt. The basic idea of the invention is based on the linking of the two-sided, very close to power component electrical connection with an efficient cooling of the at least one power component. Due to the metal layers, a planar construction and connection technique (AVT) which is advantageous over the prior art is realized. Metal layers simultaneously permit efficient cooling by allowing on the one hand particularly good thermal contact with the respectively connected heat sink and in turn already as a heat-spreading element can act. The extremely close-coupled electrical connection enables an extremely low inductance design. Due to the low-inductance structure and the improved cooling of the at least one power component, the property of the at least one power component can be exploited far better than previously known.

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul lässt sich zugleich sehr kompakt realisieren. The power module according to the invention can be realized very compact at the same time.

Aufgrund der erfindungsgemäß möglichen effizienten Kühlung des Leistungsmoduls sind effiziente und zuverlässige Leistungselektroniksysteme insbesondere für WBG-Anwendungen (WBG (engl.) = „Wide Bandgap“) eröffnet. Due to the efficient cooling of the power module according to the invention, efficient and reliable power electronics systems, in particular for WBG applications (WBG), are opened.

Unter Metalllagen im Sinne der vorliegenden Anmeldung können zum einen Metallschichten, d.h. mit oder aus Metall gebildete Schichten, zu verstehen sein, welche mit üblichen Beschichtungsverfahren realisiert sein können. Alternativ können unter dem Begriff „Metalllagen“ auch mit oder aus Metall gebildete Flachteile zu verstehen sein, welche als separates Bauteil an das zumindest einen Leistungsbauteil angebunden sein können, etwa zur Anlage kommen können, insbesondere geklemmt oder gedrückt werden können. In the context of the present application, metal layers, i. With or made of metal layers to be understood, which can be realized with conventional coating methods. Alternatively, the term "metal layers" can also be understood to mean flat parts formed with or made of metal, which can be connected to the at least one power component as a separate component, for example, can come into contact, in particular clamped or pressed.

Insbesondere kann das zumindest eine Leistungsbauteil mit einem Wide-Band-Gap-Halbleiter, insbesondere mit GaN, gebildet sein. Zweckmäßig handelt es sich bei dem zumindest einen Leistungsbauteil um eines oder mehrere der nachfolgend aufgezählten Elemente: IGBT, SiC-Mosfet. Erfindungsgemäß sind somit Spannungsbereiche von 1,2 kV bis > 6,5 kV eröffnet. In particular, the at least one power component can be formed with a wide-band gap semiconductor, in particular with GaN. Suitably, the at least one power component is one or more of the elements enumerated below: IGBT, SiC-Mosfet. Thus voltage ranges of 1.2 kV to> 6.5 kV are opened according to the invention.

Vorteilhaft lassen sich erfindungsgemäß Halbleiterbauteile effizient einsetzen, welche 1200 V sperren können. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es nicht erforderlich, solche Halbleiterbauteile nur bei 800 V zu betrieben, da die zum Betrieb mit höheren Spannungen zu erfüllenden Voraussetzungen wie eine hinreichend hohe Entwärmung und eine hinreichende Zuverlässigkeit sowie eine genügend geringe Induktivität erfindungsgemäß erfüllt werden können. Advantageously, according to the invention, semiconductor components which can block 1200 V can be used efficiently. In contrast to the prior art, it is not necessary to operate such semiconductor devices only at 800 V, since the conditions to be met for operation with higher voltages such as a sufficiently high heat dissipation and a sufficient reliability and a sufficiently low inductance can be achieved according to the invention.

Erfindungsgemäß ist es nicht erforderlich, Schaltvorgänge bewusst zu verlangsamen, damit eine Schaltüberspannung abnimmt. Die erfindungsgemäße Lösung bedingt folglich geringere Schaltverluste der Halbleiter und somit eine höhere Effizienz der Schaltung. According to the invention, it is not necessary to deliberately slow down switching operations so that a switching overvoltage decreases. The solution according to the invention consequently requires lower switching losses of the semiconductors and thus a higher efficiency of the circuit.

Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkörper auf, wobei die erste Metalllage an den ersten Kühlkörper flächig thermisch und die zweite Metalllage an den zweiten Kühlkörper flächig thermisch angebunden ist. Preferably, the power module according to the invention comprises at least a first and a second heat sink, wherein the first metal layer is thermally connected to the first heat sink surface thermally and the second metal layer to the second heat sink surface thermally.

In dieser Weiterbildung der Erfindung sind zwei Kühlkörper vorhanden, welche etwa als Flachteile ausgebildet sein können, sodass ein besonders einfacher, kompakter und flacher Aufbau des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls möglich ist. In this embodiment of the invention, two heat sinks are present, which may be formed as flat parts, so that a particularly simple, compact and flat structure of the power module according to the invention is possible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ist der oder einer der oder es sind die Kühlkörper mit einem Keramiksubstrat, vorzugsweise mit AlG, gebildet. Keramiksubstrate sind für Kühlzwecke aufgrund der möglichen hohen Wärmeleitfähigkeit besonders geeignet. Insbesondere Aluminiumgraphit ist zudem leicht bearbeitbar, sodass etwa Kühlkanäle und/oder Kühlrippen leicht mit diesem Material gebildet werden können. In an advantageous development of the power module according to the invention, the or one or the heat sinks are formed with a ceramic substrate, preferably with AlG. Ceramic substrates are particularly suitable for cooling purposes due to the possible high thermal conductivity. In particular, aluminum graphite is also easy to work, so that about cooling channels and / or cooling fins can be easily formed with this material.

Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das zumindest eine Leistungsbauteil oder die Anordnung ein Flachteil, wobei das Leistungsbauteil oder die Anordnung an die erste und/oder die zweite Metalllage flächig elektrisch kontaktiert ist. In the case of the power module according to the invention, it is advantageous for the at least one power component or the arrangement to be a flat part, wherein the power component or the arrangement is electrically contacted to the first and / or the second metal layer.

Vorzugsweise weist/weisen bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die erste und/oder zweite Metalllage eine Metallschicht und/oder ein Metallflachteil, insbesondere ein Blech, auf. Zweckmäßig weist die Metalllage entlang des gesamten Abstandes zwischen dem zumindest einen Leistungsbauteil und dem Kühlkörper zumindest eine solche Querschnittsfläche senkrecht zur Abstandsrichtung auf, welche zumindest ebenso groß ist wie – und vorzugsweise größer ist als – eine elektrische Kontaktfläche des Leistungsbauteils. Auf diese Weise kann mittels der Metalllage eine effiziente Wärmespreizung erfolgen. In the case of the power module according to the invention, the first and / or second metal layer preferably has / has a metal layer and / or a metal flat part, in particular a metal sheet. Suitably, the metal layer along the entire distance between the at least one power component and the heat sink at least one such cross-sectional area perpendicular to the spacing direction, which is at least as large as - and preferably greater than - an electrical contact surface of the power device. In this way can be done by means of the metal layer efficient heat spreading.

Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die erste und/oder zweite Metalllage mit oder aus Kupfer gebildet. Particularly preferably, the first and / or second metal layer is formed with or made of copper in the power module according to the invention.

Vorteilhaft lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das zumindest eine Leistungsbauteil und ggf. weitere passive Bauteile senkrecht zu den flächigen Erstreckungen der Metalllagen anordnen. Somit sind Leistungs- und Logikteil im Verhältnis zu den Metalllagen vertikal zueinander anordbar und mit extrem kurzen elektrischen Verbindungswegen miteinander elektrisch verbindbar, sodass eine niederinduktive Anbindung leicht realisierbar ist. Advantageously, in the power module according to the invention, the at least one power component and optionally further passive components can be arranged perpendicular to the planar extensions of the metal layers. Thus, power and logic part are vertically relative to each other in relation to the metal layers and can be electrically connected to each other with extremely short electrical connection paths, so that a low-inductance connection is easily feasible.

Passive Bauelemente wie insbesondere Steuerelektronikelemente können direkt am Kühlkörper angebunden sein. Auf diese Weise können die passiven Bauelemente gleichzeitig mittels der Kühlkörper gekühlt werden, sodass passive Bauelemente mit niedrigerer vorgesehener Betriebstemperatur einsetzbar sind. Insbesondere sind bekannte Bestückungsverfahren zur Anbindung der passiven Bauelemente an den oder die Kühlkörper einsetzbar. Passive components such as, in particular, control electronic elements can be connected directly to the heat sink. In this way, the passive components can be cooled simultaneously by means of the heat sink, so that passive components with a lower intended operating temperature can be used. In particular, known assembly methods for connecting the passive components to the or the heat sink can be used.

Geeigneterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die Anordnung des mindestens einen oder mehrerer Leistungsbauteile mittels des oder der Kühlkörper gekapselt. Auf diese Weise lässt sich ein hermetisch dichtes Leistungsmodul für unterschiedlichste Anwendungszwecke bereitstellen. Suitably, in the power module according to the invention, the arrangement of the at least one or more power components is encapsulated by means of the heat sink or heatsinks. In this way, a hermetically sealed power module for a variety of applications can be provided.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls sind der oder die Leistungshalbleiter und erste und/oder zweite Metalllage lot- und/oder sinterfrei, insbesondere form- oder kraftschlüssig, kontaktiert. Folglich lassen sich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten leicht über ein gewisses mechanisches Spiel bei der Kontaktierung ausgleichen, sodass erfindungsgemäß eine flexiblere Materialwahl als bislang möglich ist. In a preferred development of the power module according to the invention, the one or more power semiconductors and first and / or second metal layer are solder-free and / or sinter-free, in particular positive or non-positive, contacted. Consequently, different coefficients of thermal expansion can be easily compensated for by a certain mechanical play during the contacting, so that according to the invention a more flexible selection of materials than hitherto is possible.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Leistungsmodul bodenplattenlos ausgebildet. The power module according to the invention is preferably designed without a bottom plate.

Vorteilhaft ist erfindungsgemäß kein Silikonverguss erforderlich, sodass im Fehler- oder Explosionsfall keine Kontamination auftreten kann. Erfindungsgemäß ist zudem eine elektrische Isolierung durch neuartige, biologisch abbaubare Transformatorenisolationsmedien, insbesondere durch Öle, möglich, etwa in hermetisch dichten Modulen. Folglich lässt sich eine sehr gute Temperaturverteilung und/oder Wärmespreizung erreichen. Zweckmäßig ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das zumindest eine Leistungsbauteil mittels eines Underfills oder eines anderen Isoliermaterials verkapselt. Advantageously, according to the invention, no silicone encapsulation is required so that contamination can not occur in the event of a fault or explosion. In addition, according to the invention, an electrical insulation by novel, biodegradable transformer insulation media, in particular by oils, is possible, for example in hermetically sealed modules. Consequently, a very good temperature distribution and / or heat spread can be achieved. Suitably, in the power module according to the invention, the at least one power component is encapsulated by means of an underfill or another insulating material.

Bevorzugt ist eine externe elektrische Anbindung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls mittels Durchkontaktierungen, welche durch den Kühlkörper hindurchgeführt sind, realisiert. Preferably, an external electrical connection of the power module according to the invention by means of plated through holes, which are passed through the heat sink realized.

Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt ist eine elektrische Anbindung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls mittels äußerer Metallisierung(en) des Leistungsmoduls, insbesondere mittels – zweckmäßig strukturierter – Kupfermetallisierung(en), insbesondere des Kühlkörpers, verwirklicht. Alternatively or additionally and also preferably, an electrical connection of the power module according to the invention by means of external metallization (s) of the power module, in particular by means of - suitably structured - copper metallization (s), in particular the heat sink implemented.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls wie es zuvor beschrieben ist. Zunächst wird ein erster Leistungsmodulteil bereitgestellt, welcher einen Kühlkörper und eine an dem Kühlkörper flächig anliegende erste Metalllage und ein erstes Leistungsbauteil, welches an die erste Metalllage kontaktiert ist, aufweist. Ferner wird ein zweiter Leistungsmodulteil bereitgestellt, welcher einen Kühlkörper und eine an dem Kühlkörper flächig anliegende Metalllage aufweist. Nachfolgend werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erster Leistungsmodulteil und zweiter Leistungsmodulteil derart zusammengefügt, dass die jeweils vom Kühlkörper wegweisenden Seiten der Metalllage des ersten Leistungsmodulteils und derjenigen des zweiten Leistungsmodulteils einander zugewandt sind. Vorzugsweise umgeben erste und zweite Metalllage die Anordnung des zumindest einen Leistungshalbleiters zwischen sich. The inventive method is used to produce a power module according to the invention as described above. First, a first power module part is provided which has a heat sink and a first metal layer abutting the heat sink and a first power component which is contacted with the first metal layer. Furthermore, a second power module part is provided, which has a heat sink and a metal sheet lying flat against the heat sink. Subsequently, in the method according to the invention, the first power module part and the second power module part are joined together in such a way that the sides of the metal layer of the first power module part facing away from the heat sink and those of the second power module part face one another. Preferably, the first and second metal layers surround the arrangement of the at least one power semiconductor between them.

Vorteilhafterweise lässt sich das erfindungsgemäße Leistungsmodul mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr kostengünstig, automatisiert und standardisiert herstellen. Advantageously, the power module according to the invention can be produced very inexpensively, automatically and in a standardized manner by means of the method according to the invention.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere ein geflippter Aufbau mit identisch oder nahezu identisch aufgebauten Leistungsmodulteilen prozesstechnisch einfach und somit kostengünstig möglich. By means of the method according to the invention, in particular a flipped construction with identical or almost identically constructed power module parts is simple in terms of process technology and thus cost-effective.

Besonders bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erster und zweiter Leistungsmodulteil hermetisch gekapselt. In the method according to the invention, the first and second power module parts are particularly preferably hermetically encapsulated.

Bevorzugt sind erster und zweiter Leistungsmodulteil mittels einer oder mehrerer Steckverbindungen und/oder mittels einer oder mehrerer Federn und/oder mittels einer oder mehrerer Schnappverbindungen und/oder mittels einer oder mehrerer Klettverbindungen und/oder mittels einer oder mehrerer Leadframes und/oder mittels Lötens und/oder Schweißens und/oder Klebens und/oder mittels einer oder mehrerer Bondverbindungen und/oder Metallvias, insbesondere Kupfervias, elektrisch und mechanisch zu einem Leistungsmodul verbunden. Insbesondere nicht-stoffschlüssige, etwa form- oder kraftschlüssige, Verbindungen insbesondere der vorgenannten Aufzählung gewährleisten ein hinreichendes mechanisches Spiel, sodass unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten (CTE) für die unterschiedlichen Materialien und Bauelemente, welche im erfindungsgemäßen Leistungsmodul auftreten, insbesondere DCB, PCB, Lot, Ag-Sinterpaste, Isolationsmaterialien und/oder Bodenplatten, nicht zu nennenswerten mechanischen Spannungen führen können. Folglich lassen sich erfindungsgemäß Zuverlässigkeitsprobleme leicht ausschließen. The first and second power module parts are preferably by means of one or more plug connections and / or by means of one or more springs and / or by means of one or more snap connections and / or by means of one or more Velcro connections and / or by means of one or more lead frames and / or by means of soldering and / or Welding and / or gluing and / or by means of one or more bonds and / or metal vias, in particular copper vias, electrically and mechanically connected to a power module. In particular, non-cohesive, such as positive or non-positive connections, in particular the aforementioned list ensure a sufficient mechanical game, so that different thermal expansion coefficients (CTE) for the different materials and components that occur in the power module according to the invention, in particular DCB, PCB, Lot, Ag -Sinterpaste, insulation materials and / or floor panels, can not lead to significant mechanical stresses. Consequently, according to the invention reliability problems can be easily excluded.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei dem zweiten Leistungsmodulteil, bevor erster und zweiter Leistungsmodulteil zusammengefügt werden, zumindest ein weiteres Leistungsbauteil an die zweite Metalllage kontaktiert. In a preferred development of the method according to the invention, in the second power module part, before the first and second power module parts are joined, at least one further power component is contacted with the second metal layer.

Zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kühlkörper des ersten und/oder zweiten Leistungsmodulteils und/oder die Metalllage des ersten und/oder zweiten Leistungsmodulteils und/oder das zumindest eine Leistungsbauteil mittels einer oder mehrerer der nachfolgend aufgezählten Verbindungsarten zusammengefügt: Klemmen, Stecken, Schrauben, Schweißen, Sintern, Löten. In the method according to the invention, the heat sink of the first and / or second power module part and / or the metal layer of the first and / or second power module part and / or the at least one power component are expediently joined together by means of one or more of the following types of connection: clamping, plugging, screwing, Welding, sintering, soldering.

Die erfindungsgemäße Leistungselektronikvorrichtung umfasst zumindest zwei erfindungsgemäße Leistungsmodule wie zuvor beschrieben. Aufgrund der leichten Anordbarkeit des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ist die erfindungsgemäße Leistungselektronikvorrichtung leicht an zahlreiche Anwendungsfälle anpassbar. The power electronics device according to the invention comprises at least two power modules according to the invention as described above. Due to the ease of arranging the power module according to the invention, the power electronics device according to the invention is easily adaptable to numerous applications.

Mittels der erfindungsgemäßen Leistungselektronikvorrichtung können insbesondere mehrere Leistungsmodule miteinander parallel verschaltet sein, sodass unterschiedliche Leistungsklassen leicht realisierbar sind. By means of the power electronics device according to the invention, in particular a plurality of power modules can be interconnected in parallel, so that different power classes can be easily realized.

Vorteilhaft lässt sich die Leistungselektronikvorrichtung gemäß der Erfindung daher für unterschiedliche Leistungsbereiche auslegen, etwa für den Computer- oder LED- oder Industrie- oder Windkraftbereich. Advantageously, the power electronics device according to the invention can therefore be designed for different power ranges, for example for the computer or LED or industrial or wind power sector.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing.

Es zeigen: Show it:

1 einen ersten Leistungsmodulteil und einen zweiten Leistungsmodulteil zur erfindungsgemäßen Herstellung eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls schematisch in einer perspektivischen Darstellung, 1 a first power module part and a second power module part for the inventive production of a power module according to the invention schematically in a perspective view,

2 das gem. 1 hergestellte erfindungsgemäße Leistungsmodul schematisch im Querschnitt, 2 the gem. 1 produced power module according to the invention schematically in cross section,

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls schematisch im Querschnitt, 3 a further embodiment of a power module according to the invention schematically in cross section,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls schematisch im Querschnitt sowie 4 a further embodiment of a power module according to the invention schematically in cross section and

5 eine erfindungsgemäße Leistungselektronikvorrichtung mit zwei erfindungsgemäßen Leistungsmodulen gem. 4 schematisch im Querschnitt. 5 a power electronics device according to the invention with two power modules according to the invention. 4 schematically in cross section.

Ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls hergestellt. Dazu werden beispielhaft ein erster und ein zweiter Leistungsmodulteil 10 und ein zweiter Leistungsmodulteil 20, wie in 1 dargestellt, herangezogen:
Der erste Leistungsmodulteil 10 weist ein Substrat 30, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Keramiksubstrat, hier AlG, auf. Das Substrat 30 kann in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen dem Dargestellten entsprechen, ein sonstiges Substrat, beispielsweise ein organisches Substrat, sein. Das Substrat 30 bildet in an sich bekannter Weise ein Flachteil mit einer ersten Flachseite 40 und einer zweiten, in 1 nach oben gewandten und sich parallel zur ersten Flachseite 40 erstreckenden, Flachseite 50. A power module according to the invention is produced by a method according to the invention for producing a power module. These are exemplified by a first and a second power module part 10 and a second power module part 20 , as in 1 represented, used:
The first power module part 10 has a substrate 30 , In the embodiment shown, a ceramic substrate, here AlG on. The substrate 30 may be in other, not specifically illustrated embodiments, which otherwise correspond to what is shown, another substrate, such as an organic substrate. The substrate 30 forms in a conventional manner a flat part with a first flat side 40 and a second, in 1 turned upwards and parallel to the first flat side 40 extending, flat side 50 ,

Das Substrat 30 ist als Kühlkörper ausgebildet: Dazu weist das Substrat 30 Kühlkanäle 60 auf, welche zur Führung einer Kühlflüssigkeit, hier Wasser, ausgelegt sind. Grundsätzlich können die Kühlkanäle 60 in weiteren, nicht eigens gezeigten Ausführungsbeispielen auch für die Führung eines anderen Kühlfluids, etwa eines Kühlgases, ausgelegt sein. Die Kühlkanäle 60 verlaufen parallel zur ersten Flachseite 40 des Substrats 30 und sind voneinander gleichabständig mit einem geringerem Abstand beabstandet, als der Durchmesser der Kühlkanäle 40 parallel zur Flachseite 40 misst. The substrate 30 is designed as a heat sink: For this, the substrate 30 cooling channels 60 on, which are designed to guide a cooling liquid, here water. Basically, the cooling channels 60 In other, not specifically shown embodiments also for the management of another cooling fluid, such as a cooling gas, be designed. The cooling channels 60 run parallel to the first flat side 40 of the substrate 30 and spaced equidistantly from one another at a smaller distance than the diameter of the cooling channels 40 parallel to the flat side 40 measures.

Auf der in 1 nach oben gewandten Flachseite 50 des Substrats 30 sind zwei jeweils zusammenhängende, oberflächliche Kupfermetallisierungen 70, 80 aufgebracht. Die Kupfermetallisierungen 70, 80 bilden jeweils eine oberflächliche und flache Schicht aus, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Schichtdicke in Richtung senkrecht zur zweiten Flachseite 50 des Substrats von 100 Mikrometern aufweist (die Schichtdicke der Kupfermetallisierungen 70, 80 kann in weiteren, nicht eigens gezeigten Ausführungsbeispielen abweichen und etwa 30 Mikrometer oder aber 300 Mikrometer betragen). Die Kupfermetallisierung 70 bildet einen Wechselspannungs-Lastanschluss und ist in der Darstellung gem. 1 links mit einem Anschlussblech 100 vom Substrat 30 fortgeführt. Auf der Kupfermetallisierung 70 sind mehrere Chips 110 in Gestalt von Flachteilen mit zwei Flachseiten angeordnet, welche als Flip-Chips mit unterseitigen Kontaktflächen auf der Kupfermetallisierung 70 flächig zur Anlage und elektrisch in Kontakt kommen. Zudem weisen die Chips 110 an ihren der Kupfermetallisierung 70 fernen Flachseiten Kontaktflächen 120, 130 auf, mittels welchen die Chips 110 flächig elektrisch kontaktierbar sind. On the in 1 turned upside flat side 50 of the substrate 30 are two contiguous, superficial copper metallizations 70 . 80 applied. The copper metallizations 70 . 80 each form a superficial and flat layer, which in the embodiment shown, a layer thickness in the direction perpendicular to the second flat side 50 of the substrate of 100 microns (the layer thickness of the copper metallizations 70 . 80 may vary in further, not specifically shown embodiments and be about 30 microns or 300 microns). The copper metallization 70 forms an AC load connection and is in the representation acc. 1 left with a connecting plate 100 from the substrate 30 continued. On the copper metallization 70 are several chips 110 arranged in the form of flat parts with two flat sides, which act as flip chips with bottom contact surfaces on the copper metallization 70 flat to the plant and come into electrical contact. In addition, the chips have 110 at their the copper metallization 70 distant flat sides contact surfaces 120 . 130 on, by means of which the chips 110 are electrically contactable surface.

Zusätzlich weisen sowohl die Kupfermetallisierung 70 als auch die Kupfermetallisierung 80 flächig erhabene Kontaktbereiche 140, 150 auf, welche leicht von den übrigen Bereichen der jeweiligen Kupfermetallisierung 70, 80 in der Art von Kontaktpads vorspringen. In addition, both exhibit the copper metallization 70 as well as the copper metallization 80 areal raised contact areas 140 . 150 which is slightly different from the other areas of the respective copper metallization 70 . 80 in the form of contact pads project.

Die Kupfermetallisierung 80 bildet eine positive Spannungsseite eines Gateanschlusses, welcher in der Darstellung gem. 1 rechts mit einer Anschlussklemme 160 vom Substrat 30 fort geführt ist. The copper metallization 80 forms a positive voltage side of a gate terminal, which gem. 1 right with a connection terminal 160 from the substrate 30 is continued.

Der Leistungsmodulteil 20 ist bis auf nachfolgend erläuterte Abweichungen identisch zum Leistungsmodulteil 10 aufgebaut:
So weist der Leistungsmodulteil 20 anstelle einer zusammenhängenden Kupfermetallisierung 70 eine zweiteilige Kupfermetallisierung auf, welche entlang derjenigen Erstreckungsrichtung 170, entlang welcher sich im Falle des Leistungsmoduls 10 das Anschlussblech 100 sowie die Anschlussklemme 160 vom Substrat 30‘ weg strecken, längs geteilt ist. Diese geteilte Kupfermetallisierung zerfällt also in zwei Metallisierungsteile 180, 190, von denen der erste Metallisierungsteil 180 einen positiven Gleichspannungslastanschluss bildet und der zweite Metallisierungsteil 190 einen negativen Gleichspannungslastanschluss. Erster Metallisierungsteil 180 und zweiter Metallisierungsteil 190 weisen jeweils ein Anschlussblech 200, 210 auf, welches sich jeweils in Erstreckungsrichtung der Erstreckung 170 vom Substrat 30 fortstreckt. Die Anschlussbleche 200, 210 strecken sich dabei im Gegensatz zum ersten Leistungsmodulteil 10 nicht links, sondern rechts vom Substrat 30 in Erstreckungsrichtung 170 fort. The power module part 20 is identical to the power module part except for the deviations explained below 10 built up:
This is what the power module part points 20 instead of a coherent copper metallization 70 a two-part copper metallization, which along the extension direction 170 along which in the case of the power module 10 the connecting plate 100 as well as the connection terminal 160 from the substrate 30 ' stretch away, split longitudinally. This split copper metallization thus breaks down into two metallization parts 180 . 190 of which the first metallization part 180 forms a positive DC load terminal and the second metallization part 190 a negative DC load connection. First metallization part 180 and second metallization part 190 each have a connecting plate 200 . 210 on, which in each case in the extension direction of the extension 170 from the substrate 30 continued stretching. The connecting plates 200 . 210 stretch in contrast to the first power module part 10 not left, but right of the substrate 30 in extension direction 170 continued.

Anstelle der Kupfermetallisierung 80 weist der Leistungsmodulteil 20 eine Kupfermetallisierung 80‘ auf. Die Kupfermetallisierung 80‘ des zweiten Leistungsmodulteils 20 bildet anstelle der positiven Spannungsseite des Gateanschlusses des Leistungsmoduls eine negative Spannungsseite des Gateanschlusses und trägt Kontaktbereiche 150‘. In der Darstellung gem. 1 ist von der Kupfermetallisierung 80‘ rechts eine Anschlussklemme 220 vom Substrat 30 fort geführt. Instead of copper metallization 80 has the power module part 20 a copper metallization 80 ' on. The copper metallization 80 ' of the second power module part 20 forms a negative voltage side of the gate instead of the positive voltage side of the gate of the power module and carries contact areas 150 ' , In the presentation acc. 1 is from the copper metallization 80 ' right a connection terminal 220 from the substrate 30 continued.

Anstelle der Chips 110 mit Kontaktflächen 120, 130 trägt der Leistungsmodulteil 20 an seinem Metallisierungsteil 180 Chips 110‘ mit Kontaktflächen 120‘, 130‘. Der Metallisierungsteil 190 hingegen trägt Kontaktbereiche 140‘. Instead of the chips 110 with contact surfaces 120 . 130 carries the power module part 20 at its metallization part 180 crisps 110 ' with contact surfaces 120 ' . 130 ' , The metallization part 190 however, contact areas carries 140 ' ,

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul wird nun hergestellt, indem erster Leistungsmodulteil 10 und zweiter Leistungsmodulteil 20 zusammengefügt werden. Dazu wird der erste Leistungsmodulteil 170 gegenüber der in 1 dargestellten Ausrichtung um 180 Grad um die Erstreckung 170 herum gedreht und nachfolgend mit dem zweiten Leistungsmodulteil 20 zusammengefügt. The power module according to the invention is now produced by the first power module part 10 and second power module part 20 be joined together. This is the first power module part 170 opposite to the 1 shown alignment by 180 degrees around the extension 170 turned around and subsequently with the second power module part 20 together.

Dazu sind die Chips 110 mit ihren Kontaktflächen 120, 130 sowie die Kontaktbereiche 140, 150 sowie die Chips 110‘ mit ihren Kontaktflächen 120‘, 130‘ sowie die Kontaktbereiche 140‘ und 150‘ derart angeordnet und positioniert, dass die Kontaktflächen 120 beim Zusammenfügen von erstem 10 und zweiten Leistungsmodulteil 20 mit den Kontaktbereichen 140‘ flächig zur Anlage kommen, die Kontaktflächen 130 mit den Kontaktbereichen 150‘ flächig zur Anlage kommen, die Kontaktbereiche 140 mit den Kontaktflächen 120‘ flächig zur Anlage kommen sowie die Kontaktbereiche 150 mit den Kontaktflächen 130‘ flächig zur Anlage kommen. Die miteinander flächig zur Anlage kommenden Kontaktflächen und Kontaktbereiche bilden folglich einen flächigen elektrischen Leitungspfad aus, sodass eine planare, niederinduktive elektrische Kontaktierung der Chips 110, 110‘ realisiert ist. These are the chips 110 with their contact surfaces 120 . 130 as well as the contact areas 140 . 150 as well as the chips 110 ' with their contact surfaces 120 ' . 130 ' as well as the contact areas 140 ' and 150 ' arranged and positioned so that the contact surfaces 120 when joining the first 10 and second power module part 20 with the contact areas 140 ' come flat to the plant, the contact surfaces 130 with the contact areas 150 ' surface contact, the contact areas 140 with the contact surfaces 120 ' flat to the plant as well as the contact areas 150 with the contact surfaces 130 ' come flat to the plant. The contact surfaces and contact areas that come into abutment with one another in a planar manner thus form a planar electrical conduction path, so that a planar, low-inductive electrical contacting of the chips 110 . 110 ' is realized.

Das erfindungsgemäß mit erstem Leistungsmodulteil 10 und zweiten Leistungsmodulteil 20 hergestellte Leistungsmodul 240 ist in 2 gezeigt. Das Leistungsmodul 240 enthält dabei in an sich bekannter Weise zusätzlich passive Bauelemente in Form eines DC-Links 250, von Filtern 260 sowie von Steuer- und Treiberelektronik 270 und Widerständen 280. The invention with the first power module part 10 and second power module part 20 manufactured power module 240 is in 2 shown. The power module 240 contains in a conventional manner additionally passive components in the form of a DC link 250 , of filters 260 as well as control and driver electronics 270 and resistors 280 ,

Die vorgenannten passiven Bauelemente sind dabei an die Anschlussklemmen 160, 220 und Anschlussbleche 100, 200, 210 über strukturierte Metallisierungen 290 – im dargestellten Ausführungsbeispiel Kupfermetallisierungen – elektrisch angebunden. Die Metallisierungen 290 sind an äußeren Kanten der Substrate 30, welche den Chips 110 fern sind, aufgebracht. The aforementioned passive components are connected to the terminals 160 . 220 and connecting plates 100 . 200 . 210 over structured metallizations 290 - In the illustrated embodiment copper metallizations - electrically connected. The metallizations 290 are on outer edges of the substrates 30 which the chips 110 are distant, upset.

Erster Leistungsmodulteil 10 und zweiter Leistungsmodulteil 20 sind in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels nicht eigens dargestellter Steckverbindungen zusammengesteckt. First power module part 10 and second power module part 20 are in the in 2 embodiment shown assembled by not specifically shown connectors.

Erster Leistungsmodulteil 10 und zweiter Leistungsmodulteil 20 können alternativ oder zusätzlich wie in 3 gezeigt mittels Schrauben 310, welche sich etwa durch eine senkrecht zur Flachseite 40 durch ersten 10 und zweiten Leistungsmodulteil 20 verlaufende Durchführung hindurch strecken, miteinander verschraubt werden. First power module part 10 and second power module part 20 may alternatively or additionally as in 3 shown by means of screws 310 , which are approximately perpendicular to the flat side 40 through first 10 and second power module part 20 stretch running implementation, are bolted together.

Alternativ oder wie in 3 gezeigt zusätzlich können erster 10 und zweiter Leistungsmodulteil 20 miteinander mittels einer oder mehrerer Klemmen 320 geklemmt werden. Dazu weisen die Klemmen 320 jeweils Klemmbacken 330, 340 auf, welche senkrecht zur ersten Flachseite 40 des Substrats 30 auf ersten 10 und zweiten Leistungsmodulteil 20 von außen, d.h. fern der Chips 110, drücken. Alternatively or as in 3 additionally shown may be first 10 and second power module part 20 with each other by means of one or more terminals 320 be clamped. For this purpose, the terminals 320 each jaws 330 . 340 on which perpendicular to the first flat side 40 of the substrate 30 on first 10 and second power module part 20 from the outside, ie away from the chips 110 , to press.

Alternativ oder zusätzlich zu den in 2 dargestellten Metallisierungen 290 kann eine Kontaktierung der passiven Bauelemente auch mittels durch jeweils das Substrat 30 des ersten 10 und des zweiten Leistungsbauteils 20 hindurchführende Durchkontaktierungen 350 erfolgen. Die Durchkontaktierungen enden in äußerlichen Kontaktarealen 360, welche sich flächig an der ersten Flachseite 40 des jeweiligen Substrats 30 entlang erstrecken. Die Durchkontaktierungen 350 können etwa in der Art von an sich bekannten (engl.) „Plugged Vias“ vorliegen. Alternatively or in addition to the in 2 illustrated metallizations 290 can a contacting of the passive components by means of each by the substrate 30 of the first 10 and the second power device 20 passing through holes 350 respectively. The vias terminate in external contact areas 360 , which are flat on the first flat side 40 of the respective substrate 30 extend along. The vias 350 can be present in the manner of "known"("pluggedvias").

Anstelle der zuvor beschriebenen Klemmen 320 können in einem weiteren Ausführungsbeispiel Klemmbügel 370 vorhanden sein, welche wie in 4 gezeigt Klemmbacken in Gestalt von gebogenen Bügelenden 380, 390 aufweisen, welche ersten 10 und zweiten Leistungsmodulteil 20 aufeinander zu drücken. Dabei können erster Leistungsmodulteil 10 und zweiter Leistungsmodulteil 20 mit ihren randständigen Bereichen mit zwischenliegenden Abstandshaltern 400 zusammengedrückt werden, welche zum einen die Chips 110 vor Druckbelastung schützen und zugleich eine hermetisch dichte Kapselung der Chips 110 garantieren, indem die Abstandshalter 400 und die Substrate 30 von ersten Leistungsmodulteil 10 und zweitem Leistungsmodulteil 20 als dichtes Gehäuse zusammenwirken. Instead of the previously described terminals 320 may in another embodiment clamp 370 be present, which as in 4 shown jaws in the form of curved temple tips 380 . 390 which first 10 and second power module part 20 to press each other. In this case, the first power module part 10 and second power module part 20 with their marginal areas with intermediate spacers 400 be compressed, which on the one hand the chips 110 Protect against pressure and at the same time a hermetically sealed encapsulation of the chips 110 guarantee by the spacers 400 and the substrates 30 from first power module part 10 and second power module part 20 interact as a tight housing.

Abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind in 4 die passiven Bauelemente lediglich an einem Leistungsmodulteil 20 angebunden. Diese Anordnung erleichtert eine Verbindung mehrerer Leistungsmodule 240 miteinander:
In einem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind anstelle eines einzigen Leistungsmoduls 240 zwei Leistungsmodule 240 mittels Klemmbügeln 370 mit Abstandshaltern 410 zusammengeklemmt, welche eine einfache Anbindung an eine Kühlflüssigkeitsquelle gewährleisten. Notwithstanding the embodiments described above are in 4 the passive components only on a power module part 20 tethered. This arrangement facilitates connection of multiple power modules 240 together:
In an in 5 embodiment shown are instead of a single power module 240 two power modules 240 by means of clamps 370 with spacers 410 clamped together, which ensure easy connection to a source of coolant.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen können ggf. auftretende Hohlräume zwischen dem ersten Leistungsmodulteil 10 und dem zweiten Leistungsmodulteil 20 mittels eines Underfillers 300 gefüllt sein. In the embodiments shown, possibly occurring cavities between the first power module part 10 and the second power module part 20 by means of an underfiller 300 be filled.

Claims (13)

Leistungsmodul mit mindestens einer Anordnung mindestens eines oder mehrerer Leistungsbauteile (110, 110‘) und mit einer ersten (70, 80) und einer zweiten Metalllage (180, 190, 80‘) sowie mit mindestens einem Kühlkörper (30, 30‘), bei welchem die Anordnung mit einer ersten Seite an die erste Metalllage (70, 80) elektrisch kontaktiert ist und mit einer zweiten, der ersten abgewandten Seite an die zweite Metalllage (180, 190, 80‘) elektrisch kontaktiert ist, wobei erste (70, 80) und zweite Metalllage (180, 190, 80‘) jeweils an den mindestens einen oder einen der Kühlkörper (30, 30‘) flächig thermisch angebunden sind. Power module having at least one arrangement of at least one or more power components ( 110 . 110 ' ) and with a first ( 70 . 80 ) and a second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) and at least one heat sink ( 30 . 30 ' ), in which the arrangement with a first side to the first metal layer ( 70 . 80 ) is electrically contacted and with a second, the first side facing away from the second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) is electrically contacted, wherein first ( 70 . 80 ) and second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) in each case to the at least one or one of the heat sinks ( 30 . 30 ' ) are thermally connected flat. Leistungsmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, welches zumindest einen ersten (30) und einen zweiten Kühlkörper (30‘) aufweist, wobei die erste Metalllage (70, 80) an den ersten Kühlkörper (30) flächig thermisch und die zweite Metalllage (180, 190, 80‘) an den zweiten Kühlkörper (30‘) flächig thermisch angebunden ist. Power module according to the preceding claim, which comprises at least a first ( 30 ) and a second heat sink ( 30 ' ), wherein the first metal layer ( 70 . 80 ) to the first heat sink ( 30 ) surface thermally and the second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) to the second heat sink ( 30 ' ) is thermally connected areally. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der zumindest eine oder einer der oder die Kühlkörper (30, 30‘) mit einem Keramiksubstrat, vorzugsweise mit AlG, gebildet ist oder sind. Power module according to one of the preceding claims, in which the at least one or one or more heat sinks ( 30 . 30 ' ) is or are formed with a ceramic substrate, preferably AlG. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das zumindest eine Leistungsbauteil oder die Anordnung ein Flachteil ist, wobei das Leistungsbauteil (110, 110‘) oder die Anordnung an die erste (70, 80) und/oder die zweite Metalllage (180, 190, 80‘) flächig elektrisch kontaktiert ist. Power module according to one of the preceding claims, in which the at least one power component or the arrangement is a flat part, wherein the power component ( 110 . 110 ' ) or the arrangement to the first ( 70 . 80 ) and / or the second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) is electrically contacted areally. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste (70, 80) und/oder zweite Metalllage (180, 190, 80‘) eine Metallschicht und/oder ein Metallflachteil, insbesondere ein Blech, aufweist. Power module according to one of the preceding claims, in which the first ( 70 . 80 ) and / or second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) has a metal layer and / or a Metallflachteil, in particular a sheet. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste (70, 80) und/oder zweite Metalllage (180, 190, 80‘) mit Kupfer gebildet ist. Power module according to one of the preceding claims, in which the first ( 70 . 80 ) and / or second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) is formed with copper. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Anordnung des mindestens einen oder der mehreren Leistungsbauteile (110, 110‘) mittels des oder der Kühlkörper (30, 30‘) gekapselt ist. Power module according to one of the preceding claims, in which the arrangement of the at least one or more power components ( 110 . 110 ' ) by means of the or the heat sink ( 30 . 30 ' ) is encapsulated. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der oder die Leistungshalbleiter (110, 110‘) und erste (70, 80) und/oder zweite Metalllage (180, 190, 80‘) lot- und/oder sinterfrei, insbesondere form- oder kraftschlüssig, miteinander kontaktiert sind. Power module according to one of the preceding claims, in which the one or more power semiconductors ( 110 . 110 ' ) and first ( 70 . 80 ) and / or second metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ) Lot- and / or sintered, in particular positive or non-positive, are contacted with each other. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches bodenplattenlos ausgebildet ist. Power module according to one of the preceding claims, which is formed bottomless. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zunächst ein erster Leistungsmodulteil (10) bereitgestellt wird, welcher einen Kühlkörper (30) und eine an dem Kühlkörper (30) flächig anliegende erste Metalllage (70, 80) und ein erstes Leistungsbauteil (110), welches an die erste Metalllage (70, 80) kontaktiert ist, aufweist sowie ein zweiter Leistungsmodulteil (20) bereitgestellt wird, welcher einen Kühlkörper (30‘), eine an dem Kühlkörper flächig anliegende Metalllage (180, 190, 80‘) aufweist, und nachfolgend erster Leistungsmodulteil (10) und zweiter Leistungsmodulteil (20) derart zusammengefügt werden, dass die Metalllagen (70, 80, 180, 190, 80‘) des ersten Leistungsmodulteils (10) und des zweiten Leistungsmodulteils (20) mit ihren vom Kühlkörper (30, 30‘) wegweisenden Seiten einander zugewandt sind. Method for producing a power module according to one of the preceding claims, in which first a first power module part ( 10 ) which is a heat sink ( 30 ) and one on the heat sink ( 30 ) flat-fitting first metal layer ( 70 . 80 ) and a first power component ( 110 ), which is attached to the first metal layer ( 70 . 80 ), and a second power module part ( 20 ) which is a heat sink ( 30 ' ), a flat against the heat sink metal layer ( 180 . 190 . 80 ' ), and subsequently the first power module part ( 10 ) and second power module part ( 20 ) are joined together in such a way that the metal layers ( 70 . 80 . 180 . 190 . 80 ' ) of the first power module part ( 10 ) and the second power module part ( 20 ) with their from the heat sink ( 30 . 30 ' ) landmarks facing each other. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem ein solcher zweiter Leistungsmodulteil (20) bereitgestellt wird, bei welchem ein weiteres Leistungsbauteil (110‘) an die zweite Metalllage (180. 190, 80‘) kontaktiert ist. Method according to the preceding claim, in which such a second power module part ( 20 ), in which a further power component ( 110 ' ) to the second metal layer ( 180 , 190 . 80 ' ) is contacted. Verfahren zur Herstellung eines Leistungsmoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 9, insbesondere Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Substrat (30, 30‘) des ersten (10) und/oder zweiten Leistungsmodulteils (20) und/oder die Metalllage (70, 80, 180, 190, 80‘) des ersten (10) und/oder zweiten Leistungsmodulteils (20) und/oder das zumindest eine Leistungsbauteil (110) mittels einer oder mehrerer der nachfolgend aufgezählten Verbindungsarten zusammengelegt wird: Klemmen, Stecken, Schrauben, Schweißen, Sintern, Löten. Method for producing a power module according to one of Claims 1 to 9, in particular a method according to one of the two preceding claims, in which the substrate ( 30 . 30 ' ) of the first ( 10 ) and / or second power module part ( 20 ) and / or the metal layer ( 70 . 80 . 180 . 190 . 80 ' ) of the first ( 10 ) and / or second power module part ( 20 ) and / or the at least one power component ( 110 ) is merged by means of one or more of the following types of connection: clamping, plugging, screwing, welding, sintering, soldering. Leistungselektronikvorrichtung, welches zumindest zwei Leistungsmodule nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst. Power electronics device comprising at least two power modules according to one of claims 1 to 9.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018219879B4 (en) 2018-11-20 2022-10-06 Danfoss Silicon Power Gmbh ELECTRICAL CONNECTION ARRANGEMENT
DE102022212953A1 (en) 2022-12-01 2024-04-04 Vitesco Technologies Germany Gmbh EMC-optimized power module and method for manufacturing the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61230346A (en) * 1985-04-04 1986-10-14 Mitsubishi Electric Corp Cooling device for semiconductor element
JP5581131B2 (en) * 2010-06-30 2014-08-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 Power module and power conversion device using the same
JP2014199829A (en) * 2011-07-29 2014-10-23 三洋電機株式会社 Semiconductor module and inverter mounting the same
KR101343233B1 (en) * 2011-11-28 2013-12-18 삼성전기주식회사 Power Module Package
KR101331724B1 (en) * 2012-04-13 2013-11-20 삼성전기주식회사 Double side cooling power semiconductor moduleand multi-stacked power semiconductor module package using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018219879B4 (en) 2018-11-20 2022-10-06 Danfoss Silicon Power Gmbh ELECTRICAL CONNECTION ARRANGEMENT
DE102022212953A1 (en) 2022-12-01 2024-04-04 Vitesco Technologies Germany Gmbh EMC-optimized power module and method for manufacturing the same

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