DE102016218420A1 - power module - Google Patents

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Stefan Stegmeier
Markus Schwarz
Albrecht Donat
Gerhard Mitic
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Siemens AG
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Abstract

Das Leistungsmodul weist mindestens ein Kühlkanal und mindestens ein Leistungsbauteil auf. Dabei ist das Leistungsbauteil im Kühlkanal angeordnet und einerseits mittels mindestens eines zumindest teilweise im Kühlkanal angeordneten ersten mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücks elektrisch kontaktiert und andererseits entwärmbar angeordnet und vorzugsweise elektrisch kontaktiert.The power module has at least one cooling channel and at least one power component. In this case, the power component is arranged in the cooling channel and on the one hand electrically contacted by means of at least one at least partially disposed in the cooling channel first formed with open-pored contact piece and on the other hand arranged Entwärmbar and preferably electrically contacted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul. The invention relates to a power module.

In der Elektronik, insbesondere der Leistungselektronik, bedingen das Schalten und das Leiten von Strömen in Halbleiterbauelementen, insbesondere IGBTs, Dioden, MOSFETs etc., Verlustleistungen. Solche Verlustleistungen müssen von einem Kühler aufgenommen werden, so dass sich solche Halbleiterbauelemente nicht erhitzen und ein effizienter Betrieb sichergestellt ist. Es ist bekannt, Leistungsbauelemente unterseitig durch lunkerfreies Löten, Diffusionslöten oder Sintern auf ein Substrat (DCB, AMB etc.) aufzubringen, wobei das Substrat seinerseits flächig an einen Kühler angebunden ist. Häufig ist die Kühlung dabei jedoch nicht effizient. Die daraus resultierende Erhitzung solcher Leistungsbauelemente hat regelmäßig eine erhöhte Ausfallrate der Leistungsbauelemente sowie ein frühzeitiges Versagen von Isolationsmaterial infolge thermischer Degradation zur Folge. Oberseitig ist eine Kühlung von Leistungsbauelementen häufig besonders schwierig, da aufgrund der oft eingesetzten Drahtbond- oder Bändchenbond-Technologie zur elektrischen Isolation ein Material vergossen wird, welches eine thermische Energieabfuhr behindert. In electronics, in particular power electronics, the switching and the conduction of currents in semiconductor components, in particular IGBTs, diodes, MOSFETs, etc., require power losses. Such power losses must be absorbed by a cooler so that such semiconductor devices do not heat up and an efficient operation is ensured. It is known to apply power components on the underside by cavitation free soldering, diffusion soldering or sintering on a substrate (DCB, AMB etc.), wherein the substrate in turn is connected flat to a radiator. However, cooling is often not efficient. The resulting heating of such power devices regularly results in an increased failure rate of the power devices as well as premature failure of insulation material due to thermal degradation. On the upper side, cooling of power devices is often particularly difficult, because due to the often used wire bond or Bändchenbond technology for electrical insulation, a material is cast, which hinders thermal energy dissipation.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Leistungsmodul bereitzustellen, bei dem die Kühlung von Bauelementen verbessert ist. It is therefore an object of the invention to provide a power module in which the cooling of components is improved.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einem Leistungsmodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. This object of the invention is achieved with a power module having the features specified in claim 1. Preferred embodiments of the invention will become apparent from the accompanying dependent claims, the following description and the drawings.

Das erfindungsgemäße Leistungsmodul weist mindestens einen Kühlkanal und mindestens ein Leistungsbauteil auf. Das Leistungsbauteil ist im Kühlkanal angeordnet und einerseits mittels mindestens eines zumindest teilweise im Kühlkanalangeordneten ersten mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücks (80) elektrisch kontaktiert. Andererseits ist das Leistungsbauteil entwärmbar angeordnet und vorzugsweise elektrisch kontaktiert. The power module according to the invention has at least one cooling channel and at least one power component. The power component is arranged in the cooling channel and on the one hand by means of at least one at least partially disposed in the cooling channel first formed with open-pore contact piece ( 80 ) contacted electrically. On the other hand, the power component is arranged Entwärmbar and preferably electrically contacted.

Infolge der Anordnung des Leistungsbauteils im Kühlkanal und der Anbindung mittels des mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücks kann ein durch den Kühlkanal geleitetes Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, das Kontaktstück aufgrund seiner Offenporigkeit durchsetzen und somit das Leistungsbauteil beströmen. Auf diese Weise ist eine effiziente Entwärmung des Leistungsbauteils bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul möglich. As a result of the arrangement of the power component in the cooling channel and the connection by means of contact piece formed with open-pored material, a cooling fluid passed through the cooling channel, in particular a cooling liquid, can pass through the contact piece due to its open porosity and thus flow the power component. In this way, efficient cooling of the power component in the power module according to the invention is possible.

Zusätzlich ist das Leistungsbauteil andererseits entwärmbar angeordnet, insbesondere an einem mit Kühlfluidpfaden durchzogenen Substrat und/oder an einem Wärmespreizungselement. In addition, on the other hand, the power component is arranged to be heatable, in particular on a substrate traversed by cooling fluid paths and / or on a heat spreading element.

Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das Leistungsbauteil andererseits entwärmbar angeordnet und elektrisch kontaktiert, indem es mittels zumindest eines zumindest teilweise im Kühlkanal angeordneten zweiten mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücks elektrisch kontaktiert ist. Auf diese Weise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das Leistungsbauteil beidseitig mittels eines den Kühlkanal durchströmenden Kühlfluids und somit besonders effizient entwärmbar. On the other hand, in the power module according to the invention, the power component is particularly preferably arranged in a heatable and electrically contacted manner, in that it is electrically contacted by means of at least one second contact piece formed with open-pored material in the cooling channel. In this way, in the case of the power module according to the invention, the power component can be cooled on both sides by means of a cooling fluid flowing through the cooling channel and thus particularly efficiently.

Erfindungsgemäß fungieren dabei in dieser Weiterbildung das erste und zweite Kontaktstück also nicht allein zur elektrischen Kontaktierung, sondern erstes und zweites Kontaktstück ermöglichen aufgrund deren Offenporigkeit auch einen engen thermischen Kontakt des Leistungsbauteils zu einem durch den Kühlkanal strömenden Kühlfluid. Auf diese Weise kann eine Wärmeabfuhr direkt am Leistungsbauteil erfolgen, sodass die Wärmeabfuhr besonders effizient erfolgt. Insbesondere muss die Wärmeabfuhr nicht über mehrere Schichten erfolgen. Die Wärmeleitfähigkeit solcher Schichten begrenzt daher die mögliche Wärmeabfuhr nicht. Vielmehr erfolgt die Wärmeabfuhr mittels des Kühlkanals bei dem erfindungsgemäßen Bauteilmodul in engster räumlicher Nähe zum Leistungsbauteil. Infolge der effizienten Wärmeabfuhr sind die Ausfallsicherheit des Leistungsmoduls sowie die Beständigkeit gegebenenfalls vorhandener Isolationsmaterialien deutlich erhöht. According to the invention act in this development, the first and second contact piece so not only for electrical contact, but first and second contact allow due to their open porosity and a close thermal contact of the power component to a flowing through the cooling channel cooling fluid. In this way, a heat dissipation can take place directly on the power component, so that the heat dissipation is particularly efficient. In particular, the heat removal does not have to take place over several layers. The thermal conductivity of such layers therefore does not limit the possible heat dissipation. Rather, the heat dissipation takes place by means of the cooling channel in the component module according to the invention in closest spatial proximity to the power component. Due to the efficient heat dissipation, the reliability of the power module as well as the resistance of any existing insulation materials are significantly increased.

Zweckmäßig ist unter „offenporig“ im Sinne dieser Anmeldung zu verstehen, dass Poren des ersten und zweckmäßig des zweiten Kontaktstücks an deren Oberfläche Einlässe bilden, durch welche von außen Fluid, etwa ein in dem Kühlkanal geführtes Kühlfluid, ins erste und ins zweite Kontaktstück eindringen kann. Zweckmäßigerweise sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das erfindungsgemäß vorgesehene offenporige erste und – falls vorhanden – zweite Kontaktstück zur Leitung von Kühlfluid, insbesondere Kühlflüssigkeit, durch ihre Poren besonders geeignet. Advantageously, "open-pored" in the sense of this application means that pores of the first and expedient of the second contact piece form inlets on their surface through which fluid, such as a cooling fluid guided in the cooling channel, can penetrate into the first and the second contact piece , Expediently, in the case of the power module according to the invention, the open-pore first and, if present, second contact piece provided according to the invention are particularly suitable for conducting cooling fluid, in particular cooling fluid, through their pores.

Es versteht sich, dass die Wendungen „einerseits“ und „andererseits“ in diesem Zusammenhang „an einer Seite des Leistungsbauteils“ sowie „an einer von der ersten Seite verschiedenen, insbesondere abgewandten, Seite des Leistungsbauteils“ bedeuten. It is understood that the turns "on the one hand" and "on the other hand" in this context mean "on one side of the power component" and "on a side of the power component that is different from the first side and, in particular, averted.

Vorzugsweise weist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das offenporige Material eine offenzellige Struktur auf. Insbesondere eine offenzellige Struktur erlaubt eine effiziente Durchströmung von erstem und ggf. auch zweiten Kontaktstück, sodass eine effiziente Beströmung und folglich Wärmeabfuhr des Leistungsbauteils sichergestellt ist. Preferably, in the power module according to the invention, the open-pore material has an open-cell structure. In particular, one open-cell structure allows efficient flow through the first and possibly also second contact piece, so that an efficient flow and thus heat dissipation of the power device is ensured.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls sind erstes und – falls vorhanden – zweites Kontaktstück an je einander abgewandten Seiten des mindestens einen Leistungsbauteils angeordnet. Zweckmäßig ist das zumindest eine Leistungsbauteil ein Flachteil, wobei erstes und zweites Kontaktstück an je einer Flachseite des Leistungsbauteils angeordnet sind. Besonders bevorzugt verlaufen bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul die Flachseiten des Leistungsbauteils parallel zur Strömungsrichtung des Kühlkanals. Auf diese Weise strömt ein durch den Kühlkanal geleitetes Fluid flächig an den Flachseiten des Leistungsbauteil entlang, sodass eine besonders effiziente Entwärmung des Leistungsbauteils möglich ist. In an advantageous development of the power module according to the invention first and - if present - second contact piece are arranged on each side facing away from the at least one power component. Suitably, the at least one power component is a flat part, wherein first and second contact piece are arranged on a respective flat side of the power component. Particularly preferably, in the power module according to the invention, the flat sides of the power component run parallel to the flow direction of the cooling channel. In this way, a fluid conducted through the cooling channel flows flat over the flat sides of the power component, so that particularly efficient cooling of the power component is possible.

Bevorzugt ist/sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul erstes und/oder zweites Kontaktstück stoffschlüssig, insbesondere mittels eines Galvanikverfahrens, elektrisch kontaktiert. Alternativ und ebenfalls bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul erstes und/oder zweites Kontaktstück mittels Sintern und/oder mittels Löten und/oder mittels Diffusionslöten und/oder mittels Pressen und/oder mittels Klemmen und/oder mittels Kleben an das zumindest eine Leistungsbauteil kontaktiert. Mit den genannten Verfahren ist gleichzeitig ein besonders guter elektrischer Kontakt als auch ein besonders guter thermischer Kontakt zur Wärmeabfuhr durch das offenporige Material gewährleistet. Vorteilhafterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul das Leistungsbauteil ein integrierter Schaltkreis. Gerade im Falle von integrierten Schaltkreisen ist eine effiziente Wärmeabfuhr besonders betriebswichtig. Gerade in dieser Weiterbildung der Erfindung ist folglich die erfindungsgemäß mögliche effiziente Wärmeabfuhr besonders vorteilhaft. Preferably, in the power module according to the invention, first and / or second contact piece are / are electrically bonded, in particular by means of a galvanic process. Alternatively and also preferably, in the power module according to the invention, first and / or second contact pieces are contacted to the at least one power component by means of sintering and / or by means of diffusion soldering and / or by means of pressing and / or by means of clamping and / or gluing. At the same time, a particularly good electrical contact as well as a particularly good thermal contact with the heat dissipation through the open-pored material are ensured with the mentioned methods. Advantageously, in the power module according to the invention, the power component is an integrated circuit. Especially in the case of integrated circuits efficient heat dissipation is particularly important. Especially in this embodiment of the invention, therefore, the present invention possible efficient heat dissipation is particularly advantageous.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul weist bevorzugt das offenporige Material des ersten und/oder zweiten Kontaktstücks einen Metallschwamm und/oder Metallschaum, insbesondere aus oder mit Kupfer, auf. In the case of the power module according to the invention, the open-pore material of the first and / or second contact piece preferably has a metal sponge and / or metal foam, in particular made of or with copper.

Geeigneterweise ist/sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul erstes und/oder zweites Kontaktstück aus oder mit Metall, insbesondere Nickel und/oder Silber und/oder Gold und/oder Zinn und/oder Kupfer und/oder Aluminium, zweckmäßig als Metallschwamm, insbesondere als Kupferschwamm, gebildet. In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ist das mit offenporigem Material gebildete Kontaktstück auf besonders einfache Weise elektrisch leitend als elektrisches Kontaktstück ausgebildet. Zugleich erlauben die genannten Materialien eine offenporige Ausbildung. Suitably, in the power module according to the invention first and / or second contact piece made of or with metal, in particular nickel and / or silver and / or gold and / or tin and / or copper and / or aluminum, useful as metal sponge, in particular as copper sponge, educated. In this development of the power module according to the invention, the contact piece formed with open-pore material is designed to be electrically conductive in a particularly simple manner as an electrical contact piece. At the same time, the materials mentioned allow an open-pore formation.

Vorzugsweise ist/sind bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul erstes und/oder zweites Kontaktstück mit einer gewebeartigen und/oder schaumartigen und/oder netzartigen Struktur, insbesondere einer als Metallnetz gebildeten Struktur, gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann/können erstes und/oder zweites Kontaktstück mit einem Stapel von Leiterrahmen gebildet sein. In dieser Weiterbildung lässt sich die Offenporigkeit von erstem und/oder zweiten Kontaktstück leicht gewährleisten. Preferably, in the power module according to the invention, first and / or second contact piece are / are formed with a fabric-like and / or foam-like and / or net-like structure, in particular a structure formed as a metal net. Alternatively or additionally, first and / or second contact piece may be formed with a stack of lead frames. In this development, the open porosity of the first and / or second contact piece can be easily ensured.

In einer geeigneten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls weist dieses ein erstes am/im Kühlkanal angeordnetes Substrat auf, welches mittels des ersten Kontaktstücks an das Leistungsbauteil kontaktiert ist, wobei das Leistungsmodul vorzugsweise ein zweites am/im Kühlkanal angeordnetes Substrat aufweist, welches mittels des zweiten Kontaktstücks an das Leistungsbauteil elektrisch kontaktiert ist. Besonders zweckmäßig bilden/bildet das erste und/oder zweite Substrat einen Teil des Kühlkanals und/oder begrenzt/begrenzen den Kühlkanal. Vorteilhaft strecken sich erstes und/oder zweites Kontaktstück von ersten und/oder zweiten Substrat fort in den Kühlkanal zum Leistungsbauteil hinein. In a suitable development of the power module according to the invention, this has a first substrate arranged on / in the cooling channel, which is contacted to the power component by means of the first contact piece, wherein the power module preferably has a second substrate arranged on / in the cooling channel, which by means of the second contact piece the power component is electrically contacted. Particularly suitably form / forms the first and / or second substrate part of the cooling channel and / or limits / limit the cooling channel. Advantageously, the first and / or second contact piece extend from the first and / or second substrate into the cooling channel to the power component.

Zweckmäßig weist das erfindungsgemäße Leistungsmodul zumindest zwei oder mehrere Leistungsbauteile auf, welche entlang eines Querschnitts des Kühlkanals angeordnet sind und welche untereinander und/oder an ein oder mehrere zumindest teilweise im Kühlkanal befindliche Substrate mittels mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücken elektrisch kontaktiert sind. Expediently, the power module according to the invention has at least two or more power components which are arranged along a cross section of the cooling channel and which are electrically connected to one another or to a plurality of substrates located at least partially in the cooling channel by means of contact pieces formed with open-pored material.

Bei dem Leistungsmodul ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung der Kühlkanal entlang einer Querschnittsfläche des Kühlkanals am zumindest einen Leistungsbauteil mit einem Granulat gefüllt. In dieser Weiterbildung der Erfindung ist es nicht erforderlich, den gesamten Querschnitt des Kühlkanals mit dem offenporigen Material zu füllen. Vielmehr kann das offenporige Material des ersten und/oder des zweiten Kontaktstücks auch lediglich einen Teil des Querschnitts des Kühlkanals ausmachen, wobei das Granulat auch in denjenigen Bereichen der Querschnittsfläche des Kühlkanals, welche nicht vom offenporigen Material des ersten und zweiten Kontaktstücks eingenommen werden, einen hinreichend großen Strömungswiderstand bildet, sodass eine den Kühlkanal durchströmende Kühlflüssigkeit zu einem nennenswerten Anteil durch erstes und zweites Kontaktstück hindurch strömt. In the case of the power module, in a preferred development of the invention, the cooling channel is filled with granules along a cross-sectional area of the cooling channel on the at least one power component. In this embodiment of the invention, it is not necessary to fill the entire cross section of the cooling channel with the open-pore material. Rather, the open-pore material of the first and / or the second contact piece can also only make up a part of the cross section of the cooling channel, wherein the granules also in those areas of the cross-sectional area of the cooling channel, which are not occupied by the open-pored material of the first and second contact piece, a sufficient forms a large flow resistance, so that a coolant flowing through the cooling channel flows to a considerable extent through first and second contact piece.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls ist der Kühlkanal mit einem elektrisch isolierenden Kühlfluid beaufschlagt, insbesondere mit einem Kondensatoröl und/oder einem Silikonöl und/oder einer fluorcarbonbasierten und elektrisch isolierenden Flüssigkeit und/oder deionisiertem Wasser. In a preferred embodiment of the power module according to the invention is the Cooling channel with an electrically insulating cooling fluid acted upon, in particular with a capacitor oil and / or a silicone oil and / or a fluorcarbon-based and electrically insulating liquid and / or deionized water.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it:

1 Komponenten eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls vor dem Zusammenbau des Leistungsmoduls schematisch im Längsschnitt, 1 Components of a first embodiment of a power module according to the invention before the assembly of the power module schematically in longitudinal section,

2 das erfindungsgemäße Leistungsmodul nach dem Zusammenbau der Komponenten gem. 1 in einem frühen Fertigungszustand in einem ersten Fertigungsschritt schematisch im Längsschnitt, 2 the power module according to the invention after assembling the components acc. 1 in an early manufacturing state in a first production step schematically in longitudinal section,

3 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gem. 2 in einem zweiten Fertigungsschritt schematisch im Längsschnitt, 3 the power module according to the invention. 2 in a second production step schematically in longitudinal section,

4 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gem. 3 nach Abschluss der Fertigung schematisch im Längsschnitt, sowie 4 the power module according to the invention. 3 after completion of the production schematic in longitudinal section, as well

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls schematisch im Längsschnitt, 5 a further embodiment of a power module according to the invention schematically in longitudinal section,

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmoduls schematisch im Längsschnitt 6 a further embodiment of a power module according to the invention schematically in longitudinal section

7 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gem. 4 mit einem Kühlkreislauf schematisch im Längsschnitt, 7 the power module according to the invention. 4 with a cooling circuit schematically in longitudinal section,

8 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gem. 4 mit einem im Vergleich zum Kühlkreislauf gem. 7 verschiedenen Kühlkreislauf schematisch im Längsschnitt, 8th the power module according to the invention. 4 with a gem compared to the cooling circuit. 7 different cooling circuit schematic in longitudinal section,

9 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gem. 4 im Querschnitt, 9 the power module according to the invention. 4 in cross section,

10 das erfindungsgemäße Leistungsmodul gem. 4 mit einem Granulat schematisch im Querschnitt, sowie 10 the power module according to the invention. 4 with a granule schematically in cross section, as well

11 ein weitere Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leistungsmodules schematisch im Längsschnitt. 11 a further embodiment of a power module according to the invention schematically in longitudinal section.

Die in 1 dargestellten Komponenten des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls werden mittels eines an sich bekannten Bestückungsprozesses zu einem erfindungsgemäßen Leistungsmodul zusammengefügt: Die Komponenten des Leistungsmoduls umfassen ein Gehäuse mit sich parallel zur Zeichenebene erstreckenden Seitenwänden 300 (in 1 nicht explizit dargestellt). Zwischen diesen Seitenwänden 300 sind zwei Substrate 20, 30 in der Gestalt von Flachteilen angeordnet, welche sich mit ihren flächigen Erstreckungen jeweils horizontal und senkrecht zur Zeichenebene und voneinander in vertikaler Richtung beabstandet und zueinander parallel erstrecken. Gemeinsam mit den Seitenwänden 300 begrenzen die Substrate 20, 30 einen Kühlkanal 40 des Leistungsmoduls für ein Kühlfluid eines Kühlkreislaufes des Leistungsmoduls. In the 1 shown components of the power module according to the invention are assembled by means of a known per se Beschückungsprozesses to form a power module according to the invention: The components of the power module comprise a housing with parallel to the plane extending side walls 300 (in 1 not explicitly shown). Between these side walls 300 are two substrates 20 . 30 arranged in the shape of flat parts, which are each spaced horizontally and perpendicular to the plane and from each other in the vertical direction and extend parallel to each other with their planar extensions. Together with the side walls 300 limit the substrates 20 . 30 a cooling channel 40 the power module for a cooling fluid of a cooling circuit of the power module.

Zwischen die Substrate 20, 30 sind Leistungsbauteile 50, 55 in den Kühlkanal eingebracht:
Die Leistungsbauteile 50, 55 sind Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (englisch: „Insulated-Gate Bipolar Transistor“: IGBT) und weisen jeweils eine erste und eine zweite Flachseite auf, welche voneinander abgewandt sind. Entlang der ersten und zweiten Flachseite erstrecken sich dünnschichtartige Flächenkontakte 60, 65 der Leistungsbauteile 50, 55, welche als flächige Chipmetallisierungen ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Flächenkontakte 60, 65 der Leistungsbauteile 50, 55 jeweils aus Kupfer. Grundsätzlich können Flächenkontakte 60, 65 auch sämtlich oder zum Teil aus oder mit Silber oder aus oder mit AlSiCu, sonstigen Metallen oder anderen elektrisch leitenden Materialien gebildet sein.
Between the substrates 20 . 30 are power components 50 . 55 introduced into the cooling channel:
The power components 50 . 55 are insulated gate bipolar transistors (IGBT) and each have a first and a second flat side, which are facing away from each other. Thin-film surface contacts extend along the first and second flat sides 60 . 65 the power components 50 . 55 , which are designed as areal chip metallizations. In the illustrated embodiment, the surface contacts 60 . 65 the power components 50 . 55 each made of copper. Basically, surface contacts 60 . 65 also all or partly made of or with silver or made of or with AlSiCu, other metals or other electrically conductive materials.

Die Leistungsbauteile 50, 55 sind zur elektrischen Kontaktierung jeweils zwischen beiderseits der Leistungsbauteile 50, 55 vorhandene Kontaktstücke 80, 90 des Leistungsmoduls eingelegt, welche den jeweils zwischen den Flächenkontakten 60, 65 des Leistungsbauteils 50, 55 und Flächenkontakten 100, 110 der Substrate 20, 30 befindlichen Zwischenraum ausfüllen und eine elektrische Kontaktierung der Flächenkontakte 60, 65 der Leistungsbauteile 50, 55 mit korrespondierenden Flächenkontakten 100, 110 der Substrate 20, 30 bewerkstelligen. The power components 50 . 55 are for electrical contacting between each side of the power components 50 . 55 existing contact pieces 80 . 90 of the power module inserted, which in each case between the surface contacts 60 . 65 of the power component 50 . 55 and surface contacts 100 . 110 the substrates 20 . 30 fill existing gap and an electrical contact of the surface contacts 60 . 65 the power components 50 . 55 with corresponding surface contacts 100 . 110 the substrates 20 . 30 accomplish.

Die Kontaktstücke 80, 90 sowie struktur- und materialgleiche Kontaktstücke 70, welche Flächenkontakte 100, 110 jeweils eines Substrats 20, 30 miteinander verbinden, sind jeweils aus offenporigem und offenzelligem Material gefertigt und als elektrisch leitfähige Kupferschwämme realisiert. Aufgrund der offenzelligen und offenporigen Struktur der Kontaktstücke 70, 80, 90 sind die Kontaktstücke 70, 80, 90 mit Kühlflüssigkeit durchströmbar. Es versteht sich, dass in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen den anhand der Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen entsprechen, die offenporigen Kontaktstücke 70, 80, 90 auch aus sonstigen offenporigen und elektrisch leitfähigen Materialien bestehen können, etwa aus Geweben oder Netzen oder sonstigen porösen Strukturen gebildete Aluminium- oder Titankontaktstücke oder aus oder mit sonstigen Metallen gebildete Kontaktstücke. Beispielsweise können auch mit leitfähigen Materialien bereichsweise beschichtete oder mit leitfähigen Partikeln versetzte Polymerschwämme als Kontaktstücke 70, 80, 90 dienen. In weiteren Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen den dargestellten Ausführungsbeispielen entsprechen, können die offenporigen Kontaktstücke 70, 80, 90 jeweils mit einem Stapel von Leiterrahmen gebildet sein. The contact pieces 80 . 90 as well as structurally and material-identical contact pieces 70 , which surface contacts 100 . 110 each of a substrate 20 . 30 connect each other, each made of open-cell and open-cell material and realized as electrically conductive copper sponges. Due to the open-cell and open-pore structure of the contact pieces 70 . 80 . 90 are the contact pieces 70 . 80 . 90 perfused with cooling liquid. It is understood that in other, not specifically illustrated embodiments, which otherwise correspond to the embodiments explained with reference to the figures, the open-pore contact pieces 70 . 80 . 90 may also consist of other open-cell and electrically conductive materials, such as fabrics or nets or other porous structures formed aluminum or titanium contact pieces or formed from or with other metals contacts. For example, polymer sponges coated in some areas with conductive materials or with conductive particles may also act as contact pieces 70 . 80 . 90 serve. In other embodiments, which otherwise correspond to the illustrated embodiments, the open-pore contact pieces 70 . 80 . 90 each formed with a stack of lead frames.

Die Kontaktstücke werden wie in 2 dargestellt galvanisch mittels eines Elektrolytbades 115 an Flächenkontakten 60, 65 der Leistungsbauteile 50, 55 sowie an die elektrische Kontaktflächen 100, 110 der Substrate 20, 30 angebunden. Dazu wird der Kühlkanal 40 mit Elektrolytflüssigkeit gefüllt. Dabei wird galvanisch Kupfer an der Anlagefläche von Kontaktstücken 70, 80, 90 und Kontaktflächen 100, 110 der Substrate 20, 30 sowie der Kontaktstücke 70, 80, 90 mit den Flächenkontakten 60, 65 der Leistungsbauteile 50, 55 abgeschieden, sodass die Kontaktstücke 70, 80, 90 jeweils stoffschlüssig und elektrisch leitend an die Kontaktflächen 60, 65, 100, 110 der Substrate 20, 30 und/oder der Leistungsbauteile 50, 55 angebunden sind. Sämtliche Kontaktstücke 70, 80, 90 sind mit den jeweiligen Flächenkontakten 60, 65, 100, 110 verbunden, an welchen sie jeweils anliegen. In weiteren, nicht eigens gezeigten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen dem dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen, sind die Kontaktstücke 70, 80, 90 nicht galvanisch angebunden, sondern mittels Sintern oder Löten oder Diffusionslöten oder Pressen oder Klemmen oder Kleben angebunden. Nach dem Galvanisieren wird das Elektrolytbad 115 aus dem Kühlkanal ausgelassen. The contact pieces are as in 2 represented galvanically by means of an electrolyte bath 115 on surface contacts 60 . 65 the power components 50 . 55 as well as to the electrical contact surfaces 100 . 110 the substrates 20 . 30 tethered. This is the cooling channel 40 filled with electrolyte fluid. In this case, copper is galvanically applied to the contact surface of contact pieces 70 . 80 . 90 and contact surfaces 100 . 110 the substrates 20 . 30 as well as the contact pieces 70 . 80 . 90 with the surface contacts 60 . 65 the power components 50 . 55 deposited so that the contact pieces 70 . 80 . 90 in each case cohesively and electrically conductive to the contact surfaces 60 . 65 . 100 . 110 the substrates 20 . 30 and / or the power components 50 . 55 are connected. All contacts 70 . 80 . 90 are with the respective surface contacts 60 . 65 . 100 . 110 connected, to which they each lie. In other, not specifically shown embodiments, which otherwise correspond to the illustrated embodiment, are the contact pieces 70 . 80 . 90 not galvanically connected, but connected by sintering or soldering or diffusion soldering or pressing or clamping or gluing. After galvanizing, the electrolyte bath 115 discharged from the cooling channel.

Da die einander abgewandten Flachseiten der Leistungsbauteile 50, 55 je nach Substrat 20, 30, an welchem sie angebunden sind, an unterschiedliche Spannungspotentiale kontaktiert sind, werden diejenigen Kontaktstücke 70, 90, welche an das obere Substrat 20 angebunden sind, elektrisch isoliert, indem sie mit einer Isolierschicht aus Kunststoff 120 benetzt werden. Die Kontaktstücke 70, 90 werden mittels Dispensens mit dem Kunststoff 120 benetzt. Dazu weist das oberseitige Substrat 20 eigene Dispenskanäle 125 auf, welche sich in Dickenrichtung (in der Darstellung gem. 3 vertikal) durch das Substrat 20 hindurch strecken und durch welche der Kunststoff 120 im flüssigen Zustand hindurch geleitet wird. Anschließend verteilt sich der Kunststoff 120 in den jeweils an den Dispenskanälen 125 anliegenden Kontaktstücken 70, 90 aufgrund von Kapillarkräften, sodass mittels des Kunststoffs 120 eine Potentialtrennung von an das oberseitige Substrat 20 angebundenen Kontaktstücken 70, 90 einerseits und der übrigen Kontaktstücke 80 andererseits gewährleistet ist. Since the opposite flat sides of the power components 50 . 55 depending on the substrate 20 . 30 to which they are connected, are contacted to different voltage potentials are those contacts 70 . 90 , which are attached to the upper substrate 20 Tethered, electrically isolated by placing them with an insulating layer of plastic 120 be wetted. The contact pieces 70 . 90 be dispensing with the plastic 120 wetted. For this purpose, the upper-side substrate 20 own dispensing channels 125 on, which in the thickness direction (in the representation acc. 3 vertically) through the substrate 20 stretch through and through which the plastic 120 is passed through in the liquid state. Then the plastic is distributed 120 in each case at the dispensing channels 125 adjacent contact pieces 70 . 90 due to capillary forces, so by means of the plastic 120 a potential separation of the top-side substrate 20 connected contact pieces 70 . 90 on the one hand and the other contact pieces 80 guaranteed on the other hand.

Anschließend wird der Kunststoff 120 gehärtet, beispielsweise durch Lichthärtung infolge der Einstrahlung von Licht in den Kühlkanal 40 oder durch Temperaturhärtung. Subsequently, the plastic 120 hardened, for example, by light curing due to the irradiation of light in the cooling channel 40 or by temperature hardening.

In einem nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel, welches im Übrigen dem dargestellten entspricht, übernimmt eine später durch den Kühlkanal 40 geleitete Kühlflüssigkeit gleichzeitig die Isolationseigenschaften, sodass auf die Einbringung des isolierenden Kunststoffes 120 sowie auf die Dispenskanäle 125 verzichtet werden kann. In a not specifically illustrated embodiment, which otherwise corresponds to the illustrated assumes a later through the cooling channel 40 at the same time the insulating properties, so that the introduction of the insulating plastic 120 as well as the dispensing channels 125 can be waived.

Bei dem derart bereitgestellten Leistungsmodul sind nun die Leistungsbauteile 50, 55 direkt im Kühlkanal 40 befindlich. Durch den Kühlkanal 40 geleitetes Kühlfluid kann nun die Leistungsbauteile 50, 55 beidseitig oder sogar allseits umströmen. Eine Wärmeabfuhr ist folglich besonders effizient möglich. In the thus provided power module are now the power components 50 . 55 directly in the cooling channel 40 located. Through the cooling channel 40 Guided cooling fluid can now the power components 50 . 55 flow around on both sides or even on all sides. A heat dissipation is therefore particularly efficient.

In den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen ist es nicht notwendigerweise erforderlich, entlang eines gegebenen Querschnitts quer zum Strömungspfad des Kühlkanals nur ein einziges Leistungsbauteil 50, 55 anzuordnen. Vielmehr können wie in 5 gezeigt auch zwei (oder mehr) Leistungsbauteile 50 durch jeweils ein offenporiges Kontaktstück 80 getrennt entlang des Querschnitts gestapelt werden, sodass sie beispielsweise jeweils in der Art von Flachteilen ausgebildet sind und aufeinander in Dickenrichtung zueinander beabstandet abfolgen, wobei der zwischenliegende Raum zwischen Flächenkontakten 60, 65 der Leistungsbauteile 50 mittels der offenporigen, offenzelligen Kontaktstücke 80 überbrückt wird. Auf diese Weise werden gleichzeitig mehrere Leistungsbauteile 50 entlang eines Querschnitts quer zum Strömungspfad beidseits oder allseits umströmt. Es resultiert folglich ein besonders kompakter Aufbau. In the embodiments previously shown, it is not necessarily required to have only a single power device along a given cross-section transverse to the flow path of the cooling passage 50 . 55 to arrange. Rather, as in 5 also shown two (or more) power components 50 by an open-pore contact piece 80 are stacked along the cross section, so that they are each formed, for example, in the manner of flat parts and follow each other in the thickness direction spaced from each other, wherein the intermediate space between surface contacts 60 . 65 the power components 50 by means of the open-pore, open-cell contact pieces 80 is bridged. In this way, simultaneously several power components 50 flows around a cross-section transverse to the flow path on both sides or on all sides. This results in a particularly compact construction.

Alternativ oder zusätzlich können innerhalb des Kühlkanals 40 nicht nur allein weitere Leistungsbauteile 50, 55 vorhanden sein, sondern es können auch wie in 6 gezeigt ein oder mehrere weitere Substrate 130 innerhalb des Kühlkanals 40 vorhanden sein, welche mittels weiterer offenporiger und offenzelliger Kontaktstücke 80 an die Leistungsbauteile 50, 55 oder die Substrate 20, 30 angebunden sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist eine effiziente Kühlung der Leistungsbauteile 50, 55 sichergestellt und zugleich ein kompakter Aufbau des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls möglich. Alternatively or additionally, within the cooling channel 40 not just other power components alone 50 . 55 be present, but it can also be like in 6 shown one or more other substrates 130 within the cooling channel 40 be present, which by means of other open-pore and open-cell contact pieces 80 to the power components 50 . 55 or the substrates 20 . 30 are connected. Also in this embodiment is an efficient cooling of the power components 50 . 55 ensured and at the same time a compact design of the power module according to the invention possible.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul weist der Kühlkanal 40 zudem wie in 7 gezeigt zwei stirnseitige Deckel 140, 150 auf, welche den Kühlkanal 40 schließen. Der Deckel 140 weist einen Einlass 160 und der Deckel 150 weist einen Auslass 170 auf, durch welche Kühlflüssigkeit 175 in den Kühlkanal 40 ein- und ausgeleitet werden kann. Kühlkanal 40 sowie Einlass 160 und Auslass 170 sind jeweils für Kühlflüssigkeiten in der Art von Kondensatoröl ausgebildet. Alternativ können auch Kühlflüssigkeiten wie Silikonöl, elektrisch isolierende Öle, fluorcarbonbasierte und elektrisch isolierende Flüssigkeiten wie sie etwa unter dem Markennamen Fluorinert bekannt sind oder deionisiertes Wasser eingesetzt werden. Einlass und Auslass sind beispielsweise an einen direkten Kühlkreislauf angeschlossen, bei welchem die am Auslass 170 ausgeleitete Kühlflüssigkeit 175 mittels eines Wärmetauschers gekühlt wird und am Einlass 160 wieder in den Kühlkanal 40 eingeleitet wird. In the power module according to the invention, the cooling channel 40 also like in 7 shown two end covers 140 . 150 on which the cooling channel 40 shut down. The lid 140 has an inlet 160 and the lid 150 has an outlet 170 on, through which coolant 175 in the cooling channel 40 can be in and out. cooling channel 40 as well as inlet 160 and outlet 170 are each formed for cooling liquids in the manner of condenser oil. Alternatively, cooling fluids such as silicone oil, electrically insulating oils, fluorocarbon-based and electrically insulating fluids such as those known under the brand name Fluorinert or deionized water can also be used. Inlet and outlet are connected, for example, to a direct cooling circuit, in which the at the outlet 170 discharged coolant 175 is cooled by means of a heat exchanger and at the inlet 160 back into the cooling channel 40 is initiated.

Alternativ kann neben einer direkten Kühlung auch eine passive Kühlung vorhanden sein: In diesem Ausführungsbeispiel weist der Kühlkanal 40 keine stirnseitigen Deckel 140, 150 auf, sondern der Kühlkanal 40 ist in einer Kältemittelkammer 180 des Leistungsmoduls in ein Kältemittel 185 eingetaucht. Ein Kühlkreislauf ist dabei wie in 8 gezeigt derart realisiert, dass die Kältemittelkammer 180 einen Dampfauslass 190 aufweist, welche das gasförmige Kältemittel 185 entlang des Pfeils P abführt, wobei das Leistungsmodul zudem einen Kondensor 200 umfasst, welcher das gasförmige Kältemittel 185 abkühlt und verflüssigt. Zudem weist das Leistungsmodul eine Kältemittelleitung 190 auf, welche von Kondensor verflüssigtes Kältemittel wieder entlang des Pfeils Q in einen Einlass 210 der Kältemittelkammer 180 leitet. Alternatively, in addition to a direct cooling and a passive cooling may be present: In this embodiment, the cooling channel 40 no frontal lid 140 . 150 on, but the cooling channel 40 is in a refrigerant chamber 180 of the power module in a refrigerant 185 immersed. A cooling circuit is as in 8th shown realized such that the refrigerant chamber 180 a steam outlet 190 comprising the gaseous refrigerant 185 along the arrow P, wherein the power module also has a condenser 200 comprising which the gaseous refrigerant 185 cools and liquefies. In addition, the power module has a refrigerant line 190 on which condenser liquefied refrigerant again along the arrow Q in an inlet 210 the refrigerant chamber 180 passes.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul muss nicht, wie in 9 gezeigt, der gesamte Querschnitt des Kühlkanals 40, also der Bereich des Querschnitts zwischen den Substraten 20, 30 und den Seitenwänden 300 des Gehäuses, mit den Kontaktstücken 70, 80, 90 offenporigen Materials ausgefüllt sein, um eine hinreichende Entwärmung zu erzielen. Vielmehr ist es hinreichend, wenn lediglich ein Teil des Querschnitts von dem oder den Kontaktstücken 70, 80, 90 eingenommen wird. Der nicht von den Kontaktstücken 70, 80, 90 belegte Teil des Querschnitts des Kühlkanals 40 kann stattdessen mit einem zweckmäßig in der Kühlflüssigkeit 175 nicht löslichen Granulat 230 ausgefüllt werden (10). Das Granulat bewirkt einen hinreichenden Strömungswiderstand für die durch den Kühlkanal 40 strömende Kühlflüssigkeit 175. Somit ist gewährleistet, dass die Kühlflüssigkeit 175 nicht an den Kontaktstücken 70, 80, 90 vorbei strömt, sondern die Kontaktstücke 70, 80, 90 zur Entwärmung der Leistungsbauteile 50, 55 geeignet durchsetzt. In the power module according to the invention does not have, as in 9 shown, the entire cross section of the cooling channel 40 , ie the area of the cross section between the substrates 20 . 30 and the side walls 300 of the housing, with the contact pieces 70 . 80 . 90 be filled open porous material to achieve a sufficient heat dissipation. Rather, it is sufficient if only a part of the cross section of the contact pieces or the 70 . 80 . 90 is taken. The not of the contact pieces 70 . 80 . 90 occupied part of the cross section of the cooling channel 40 instead, with a convenient in the coolant 175 insoluble granules 230 fill out ( 10 ). The granules cause a sufficient flow resistance for through the cooling channel 40 flowing cooling liquid 175 , This ensures that the coolant 175 not at the contact pieces 70 . 80 . 90 flows past, but the contact pieces 70 . 80 . 90 for cooling the power components 50 . 55 suitable interspersed.

In einem weiteren in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls, welches im Übrigen dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht, sind die Leistungsbauteile 50, 55 nicht beiderseits umströmbar im Kühlkanal 40 angeordnet, sondern die Leistungsbauteile 50, 55 sind stattdessen an einem 30 der Substrate 20, 30 angeordnet. An ihren vom Substrat 30 abgewandten Seiten ragen die Leistungsbauteile 50, 55 in den Kühlkanal 40 ein und sind an diesen vom Substrat 30 abgewandten Seiten mit offenzelligen und offenporigen Kontaktstücken 90 kontaktiert. Folglich sind die vom Substrat 30 abgewandten Seiten entwärmbar, indem die Kontaktstücke 90 von einer den Kühlkanal durchströmenden Kühlflüssigkeit durchsetzt werden. Die dem Substrat 30 zugewandten Seiten hingegen sind über das Substrat 30 selbst entwärmbar, welches (in 11 nicht explizit gezeigt) mit Kühlfluidpfaden zur Entwärmung durchsetzt ist. In another in 11 illustrated embodiment of the power module according to the invention, which otherwise corresponds to the embodiment described above, are the power components 50 . 55 not on both sides flow around in the cooling channel 40 arranged but the power components 50 . 55 are instead at one 30 the substrates 20 . 30 arranged. At her from the substrate 30 facing away from the power components protrude 50 . 55 in the cooling channel 40 and are at this from the substrate 30 opposite sides with open-cell and open-pore contact pieces 90 contacted. Consequently, those are from the substrate 30 facing away from the sides by heating the contact pieces 90 be penetrated by a cooling passage through the cooling liquid. The the substrate 30 on the other hand, facing sides are over the substrate 30 itself heatable, which (in 11 not explicitly shown) is interspersed with cooling fluid paths for cooling.

Claims (11)

Leistungsmodul mit mindestens einem Kühlkanal (40) und mindestens einem Leistungsbauteil (50, 55), bei welchem das Leistungsbauteil (50, 55) im Kühlkanal (40) angeordnet ist und einerseits mittels mindestens eines zumindest teilweise im Kühlkanal (40) angeordneten ersten mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücks (80) elektrisch kontaktiert ist und andererseits entwärmbar angeordnet und vorzugsweise elektrisch kontaktiert ist. Power module with at least one cooling channel ( 40 ) and at least one power component ( 50 . 55 ), in which the power component ( 50 . 55 ) in the cooling channel ( 40 ) is arranged and on the one hand by means of at least one at least partially in the cooling channel ( 40 ) arranged first with open-pored material contact piece ( 80 ) is electrically contacted and on the other hand arranged Entwärmbar and preferably electrically contacted. Leistungsmodul nach Anspruch 1, bei welchem das Leistungsbauteil andererseits entwärmbar angeordnet ist und elektrisch kontaktiert ist, indem es mittels zumindest eines zumindest teilweise im Kühlkanal (40) angeordneten zweiten mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücks (90) elektrisch kontaktiert ist. Power module according to claim 1, in which the power component, on the other hand, is arranged to be heatable and is electrically contacted, by means of at least one, at least partially, in the cooling channel ( 40 ) arranged second formed with open-pored material contact piece ( 90 ) is electrically contacted. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das offenporige Material eine offenzellige Struktur aufweist. Power module according to one of the preceding claims, wherein the open-pored material has an open-cell structure. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem erstes (80) und zweites Kontaktstück (90) an je einander abgewandten Seiten des mindestens einen Leistungsbauteils (50, 55) angeordnet sind. Power module according to one of the preceding claims, in which first ( 80 ) and second contact piece ( 90 ) on each side facing away from the at least one power component ( 50 . 55 ) are arranged. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem erstes (80) und/oder zweites Kontaktstück (90) mittels eines Galvanikverfahrens und/oder mittels Lötens und/oder Diffusionslötens und/oder Klebens und/oder Pressens und/oder Klemmens und/oder Sinterns elektrisch kontaktiert ist/sind. Power module according to one of the preceding claims, in which first ( 80 ) and / or second contact piece ( 90 ) is electrically contacted by means of a galvanic process and / or by means of soldering and / or diffusion soldering and / or gluing and / or pressing and / or clamping and / or sintering. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das offenporige Material des ersten (80) und/oder zweiten Kontaktstücks (90) einen Metallschwamm und/oder Metallschaum, insbesondere aus oder mit Kupfer, aufweist. Power module according to one of the preceding claims, in which the open-pored material of the first ( 80 ) and / or second contact piece ( 90 ) has a metal sponge and / or metal foam, in particular from or with copper. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ein erstes am/im Kühlkanal (40) angeordnetes Substrat (30) aufweist, welches mittels des ersten Kontaktstücks (80) an das Leistungsbauteil (50, 55) kontaktiert ist, wobei das Leistungsmodul vorzugsweise ein zweites am/im Kühlkanal (40) angeordnetes Substrat (20) aufweist, welches mittels des zweiten Kontaktstücks (90) an das Leistungsbauteil (50, 55) elektrisch kontaktiert ist. Power module according to one of the preceding claims, which has a first on / in the cooling channel ( 40 ) arranged substrate ( 30 ), which by means of the first contact piece ( 80 ) to the power component ( 50 . 55 ), wherein the power module preferably has a second at / in the cooling channel ( 40 ) arranged substrate ( 20 ), which by means of the second contact piece ( 90 ) to the power component ( 50 . 55 ) is electrically contacted. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches zumindest zwei oder mehrere Leistungsbauteile (50, 55) aufweist, welche entlang eines Querschnitts des Kühlkanals (40) angeordnet sind und welche untereinander oder mit einem oder mehreren in dem Kühlkanal (40) angeordneten Substrate (130) des Leistungsmoduls mittels mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücken (80) kontaktiert sind. Power module according to one of the preceding claims, which comprises at least two or more power components ( 50 . 55 ), which along a cross section of the cooling channel ( 40 ) are arranged and which together or with one or more in the cooling channel ( 40 ) arranged substrates ( 130 ) of the power module by means of contacts formed with open-pored material ( 80 ) are contacted. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem erstes und/oder zweites Kontaktstück (90) elektrisch isoliert ist/sind. Power module according to one of the preceding claims, in which first and / or second contact piece ( 90 ) is electrically isolated / are. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Kühlkanal (40) entlang einer Querschnittsfläche des Kühlkanals (40) am zumindest einen Leistungsbauteil (50) mit einem Granulat gefüllt ist. Power module according to one of the preceding claims, in which the cooling channel ( 40 ) along a cross-sectional area of the cooling channel ( 40 ) on at least one power component ( 50 ) is filled with granules. Leistungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Kühlkanal (40) mit einem elektrisch isolierenden Kühlfluid beaufschlagt ist, insbesondere mit einem Kondensatoröl und/oder einem Silikonöl und/oder einer fluorcarbonbasierten und elektrisch isolierenden Flüssigkeit und/oder deionisiertem Wasser. Power module according to one of the preceding claims, in which the cooling channel ( 40 ) is acted upon with an electrically insulating cooling fluid, in particular with a capacitor oil and / or a silicone oil and / or a fluorcarbon-based and electrically insulating liquid and / or deionized water.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019211084A1 (en) * 2019-07-25 2021-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Power module and method for producing a power module
DE102020109850A1 (en) 2020-04-08 2021-10-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electronic module and manufacturing method for an electronic module
DE102021202630A1 (en) 2021-03-18 2022-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Device having a porous body for absorbing an amount of heat and method of providing a device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017203132A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-09 Siemens Aktiengesellschaft power module
DE102021209482A1 (en) * 2021-08-30 2023-03-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Electronic module with at least one power semiconductor and method for its production

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2203032C3 (en) 1972-01-22 1980-06-26 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Cooled semiconductor device
DE102015214928A1 (en) 2015-08-05 2017-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Component module and power module

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4770533B2 (en) * 2005-05-16 2011-09-14 富士電機株式会社 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2203032C3 (en) 1972-01-22 1980-06-26 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Cooled semiconductor device
DE102015214928A1 (en) 2015-08-05 2017-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Component module and power module

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019211084A1 (en) * 2019-07-25 2021-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Power module and method for producing a power module
DE102020109850A1 (en) 2020-04-08 2021-10-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electronic module and manufacturing method for an electronic module
DE102021202630A1 (en) 2021-03-18 2022-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Device having a porous body for absorbing an amount of heat and method of providing a device

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