DE102018201262B4 - Ein Verfahren zum Herstellen eines Pin-Fin-Leistungsmoduls - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Pin-Fin-Leistungsmoduls, umfassend:Bereitstellen eines Leistungsmoduls mit einem dicken Metallblock (1), wobei der Metallblock eine erste Oberfläche (11) und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche (12) aufweist, wobei die erste Oberfläche (11) mit lsoliermaterial (2) mit Leistungschips (3) verbunden ist und die zweite Oberfläche (12) eine flache Oberfläche ist,Platzieren des Leistungsmoduls in einen Hohlraum (400) zwischen einer oberen Gussform (41) und einer unteren Gussform (42), während die zweite Oberfläche (12) die obere Oberfläche (421) der unteren Gussform (42) kontaktiert,Vergießen des Leistungsmoduls mit Epoxidharz (5), so dass der freiliegende Teil der ersten Oberfläche (11) des Metallblocks (1), das Isoliermaterial und die Leistungschips (3) mit Epoxidharz (5) eingekapselt werden,maschinelles Bearbeiten der zweiten Oberfläche (12) in eine Pin-Fin-Form.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Pin-Fin-Leistungsmoduls bzw. Leistungsmoduls mit Stiftkühlkörper.
- STAND DER TECHNIK
- Bezugnehmend auf
1 beinhaltet eine Pin-Fin-Basisplatte 10 eine Metallplatte 11 mit mehreren Finnen (Kühlrippen) 12 auf einer Seite (der Pin-Fin-Seite), wobei die andere Seite (die flache Seite) der Pin-Fin-Basisplatte mit einem Leistungsmodul verbunden ist. Die Finnen kontaktieren ein Flüssigkeitskühlsystem direkt, so dass das Leistungsmodul nicht überhitzt wird. Somit wird die Temperaturwechselbeständigkeit des Leistungsmoduls signifikant verbessert und die Lebensdauer des Leistungsmoduls wird verlängert. - Ein herkömmliches Pin-Fin-Leistungsmodul verwendet Silikongel als Versiegelungsmittel. Wie in
1 gezeigt ist, umfasst das Leistungsmodul, mit Ausnahme der Pin-Fin-Basisplatte 10, ferner ein Isoliermaterial 20 (wie etwa DBC (direkt gebondetes Kupfer), Polymerfilm) und auf dem Isoliermaterial 20 bereitgestellte Leistungschips 30 (IGBT, MOSFET, Diode usw.). Das Isoliermaterial 20 ist mit der flachen Seite der Pin-Fin-Basisplatte verbunden. Das Isoliermaterial 20 und die Leistungschips 30 sind in einem Gehäuse 50 eingekapselt und der Raum im Innern des Gehäuses ist mit Silikongel 40 gefüllt. Das herkömmliche Pin-Fin-Leistungsmodul weist eine komplizierte Struktur auf und benötigt mehr Schritte in dem Herstellungsprozess, was zu geringer Herstellungseffizienz und höheren Kosten führt. - Um die Struktur des Pin-Fin-Leistungsmoduls und den Herstellungsprozess zu vereinfachen, wird ein spritzgepresstes Leistungsmodul präsentiert. Wie in
2 -3 gezeigt ist, wird in diesem Leistungsmodul Epoxidharz 60 als ein Versiegelungsmittel verwendet und kein Gehäuse ist nötig. Eine untere Gussform 702 und eine obere Gussform 701 werden zum Herstellen des Leistungsmoduls verwendet. Das Leistungsmodul wird in dem Hohlraum 700 zwischen der oberen Gussform 701 und der unteren Gussform 702 platziert, wobei die Pin-Fin-Seite auf der oberen Oberfläche 7021 der unteren Gussform 702 platziert wird. Das (in2 gezeigte) Epoxidharz 60 wird unter Druck durch eine Öffnung 7011 an der oberen Gussform 701 in den Hohlraum 700 eingespritzt. Allerdings weist der aktuelle Herstellungsprozess die folgenden Nachteile auf: - 1) Ein aktueller Spritzpressprozess benötigt einen flachen Boden, um Epoxidharz daran zu hindern, zwischen die untere Gussform und die untere Oberfläche des Leistungsmoduls einzudringen. Im aktuellen Prozess wird das Epoxidharz zwischen die untere Gussform und die untere Oberfläche des Leistungsmoduls eindringen, da es zwischen den Finnen 12 Öffnungen 800 gibt.
- 2) Wenn Epoxidharz eingespritzt wird, ist der Druck auf das Isoliermaterial nicht gleichmäßig und auf jede Finne einwirkende Kräfte sind ebenfalls nicht gleichmäßig, was Isoliermaterial- & Pin-Fin-Basisplattenbrechen und/oder Pin-Fin-Biegen verursachen kann.
- Die
US 2017/0223875 A1 - Die
DE 11 2012 005 791 T5 offenbart einen rippenintegrierten Typ Halbleiterbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Halbleiterbauteil weist eine metallische Grundplatte auf, auf der in einem stehenden Zustand angeordnete Rippen auf einer ersten Hauptfläche durch Integralverarbeitung ausgebildet sind, eine Isolierschicht, die auf einer zweiten Hauptfläche der Grundplatte ausgebildet ist, wobei die zweite Hauptfläche der ersten Hauptfläche der Grundplatte entgegengesetzt ist, ein Schaltungsmuster, das an der Isolierschicht fixiert ist, und ein Halbleiterelement, das an das Schaltungsmuster angefügt ist. - Die US 2016 / 0 225 691 A1 zeigt einen verpressten Kühlkörper und ein Leistungsmodul mit integriertem Kühlkörper. Der Kühlkörper besitzt eine Rippenbasis, die eine äußere Peripherie aufweist. Die Rippenbasis umfasst weiterhin eine erste Rippeneinsetzungsnut und eine zweite Rippeneinsetzungsnut unter Anordnung eines Verpressungsbereichs mit einer gegabelten Formgebung, eine erste Rippe, die unter Verwendung des Verpressungsbereichs in der ersten Rippeneinsetzungsnut der Rippenbasis befestigt ist und eine zweite Rippe, die unter Verwendung des Verpressungsbereichs in der zweiten Rippeneinsetzungsnut der Rippenbasis befestigt ist. Weiterhin umfasst die Rippenbasis eine Platte, die einen Öffnungsbereich aufweist und auf der äußeren Peripherie der Rippenbasis platziert ist.
- KURZDARSTELLUNG
- Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen eines Pin-Fin-Leistungsmoduls, das die folgenden Schritte beinhaltet: Bereitstellen eines Leistungsmoduls mit einem dicken Metallblock, wobei der Metallblock eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist, wobei die erste Oberfläche mit Isoliermaterial mit Leistungschips verbunden ist und die zweite Oberfläche eine flache Oberfläche ist, Platzieren des Leistungsmoduls in einen Hohlraum zwischen einer oberen Gussform und einer unteren Gussform, während die zweite Oberfläche die obere Oberfläche der unteren Gussform kontaktiert, Vergießen des Leistungsmoduls mit Epoxidharz, so dass der freiliegende Teil der ersten Oberfläche des Metallblocks, das Isoliermaterial und die Leistungschips mit Epoxidharz eingekapselt werden, maschinelles Bearbeiten des Metallblocks an seiner zweiten Oberfläche in eine Pin-Fin-Form.
- Figurenliste
-
-
1 ist ein Querschnitt durch ein gelversiegeltes Pin-Fin-Leistungsmodul nach dem Stand der Technik. -
2 ist ein Querschnitt durch ein spritzgepresstes Pin-Fin-Leistungsmodul nach dem Stand der Technik. -
3 veranschaulicht ein Vergießen des Pin-Fin-Leistungsmoduls mit Epoxidharz in der oberen Gussform und der unteren Gussform nach dem Stand der Technik. -
4 veranschaulicht ein Vergießen des Leistungsmoduls mit einem dicken Metallblock. -
5 veranschaulicht das Leistungsmodul mit einem dicken Metallblock nach dem Entfernen der oberen Gussform und der unteren Gussform. -
6 veranschaulicht ein maschinelles Bearbeiten des Metallblocks in Pin-Fin-Form. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Bezugnehmend auf
4 -6 , wird das Pin-Fin-Leistungsmodul mittels der folgenden Schritte hergestellt: - Zunächst, Bereitstellen eines Leistungsmoduls mit einem 10 mm dicken Aluminiumblock oder Kupferblock 1, wobei der Block 1 eine erste Oberfläche 11 und eine der ersten Oberfläche 11 gegenüberliegende zweite Oberfläche 12 aufweist. Die erste Oberfläche 11 ist mit dem Isoliermaterial 2 mit darauf vorgesehenen Leistungschips 3 verbunden und die zweite Oberfläche 12 ist eine flache Oberfläche. Platzieren des Leistungsmoduls in einem Hohlraum 400 zwischen einer oberen Gussform 41 und einer unteren Gussform 42, wobei die zweite Oberfläche 12 die obere Oberfläche 421 der unteren Gussform 42 kontaktiert, der Hohlraum nur 4 mm breiter als der Block ist, Vergießen des Leistungsmoduls mit Epoxidharz 5, so dass der freiliegende Teil der ersten Oberfläche 11 des Blocks 1, das Isoliermaterial 2 und die Leistungschips 3 mit Epoxidharz 5 eingekapselt werden. Auf diese Weise wird im Wesentlichen kein Epoxidharz zwischen die zweite Oberfläche 12 und die obere Oberfläche 421 der unteren Gussform 42 eindringen, da die zweite Oberfläche 12 flach ist.
- Bezugnehmend auf
5 Entfernen der oberen Gussform und der unteren Gussform. Nach dem Entnehmen aus der Gussform wird die zweite Oberfläche maschinell in die Pin-Fin-Form 121 bearbeitet, wie in6 gezeigt ist. Selbst wenn während des Vergießens eine geringe Menge Epoxidharz auf die zweite Oberfläche gequetscht wird, kann es während des maschinellen Bearbeitungsprozesses entfernt werden. - Der Druck wird während des Epoxidharzgießens gleichmäßig verteilt, da die flache Oberfläche die untere Gussform kontaktiert, und somit das Isoliermaterialbrechen oder -biegen vermieden werden kann. Darüber hinaus ist es einfacher, die Pin-Fin-Form nach dem Spritzpressen auf dem dicken Metallblock zu bearbeiten und die Qualität der Finnen (Finnen mit nahezu derselben Länge) ist besser. Und es ist unwahrscheinlich, dass Finnen in diesem Prozess brechen oder sich verbiegen.
- Eine Reihe von alternativen Strukturelementen und Verarbeitungsschritten wurde für die bevorzugte Ausführungsform vorgeschlagen. Obgleich die Erfindung mit Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Beschreibung für die Erfindung veranschaulichend und ist nicht als die Erfindung beschränkend aufzufassen. Verschiedene Modifikationen und Anwendungen können dem Fachmann in den Sinn kommen, ohne vom wahren Wesen und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
Claims (5)
- Verfahren zum Herstellen eines Pin-Fin-Leistungsmoduls, umfassend: Bereitstellen eines Leistungsmoduls mit einem dicken Metallblock (1), wobei der Metallblock eine erste Oberfläche (11) und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche (12) aufweist, wobei die erste Oberfläche (11) mit lsoliermaterial (2) mit Leistungschips (3) verbunden ist und die zweite Oberfläche (12) eine flache Oberfläche ist, Platzieren des Leistungsmoduls in einen Hohlraum (400) zwischen einer oberen Gussform (41) und einer unteren Gussform (42), während die zweite Oberfläche (12) die obere Oberfläche (421) der unteren Gussform (42) kontaktiert, Vergießen des Leistungsmoduls mit Epoxidharz (5), so dass der freiliegende Teil der ersten Oberfläche (11) des Metallblocks (1), das Isoliermaterial und die Leistungschips (3) mit Epoxidharz (5) eingekapselt werden, maschinelles Bearbeiten der zweiten Oberfläche (12) in eine Pin-Fin-Form.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei der Metallblock (1) aus Aluminium oder Kupfer ist. - Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei der Metallblock (1) 8 mm bis 12 mm dick ist. - Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei eine Breitendifferenz zwischen dem Hohlraum (400) und dem Metallblock (1) nicht größer als 2 mm - 5 mm ist. - Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei Epoxidharz (5) entfernt wird, das an dem Metallblock (1) während des maschinellen Bearbeitens anhaftet.
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