电源模块的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源模块,其具有印刷电路板核心,其包含至少一个嵌入在绝缘层中的电子电源构件,该核心设于两块散热板之问,其中每块散热板具有金属外层,以及以导热的、电绝缘的中间层从金属外层电分隔的金属内层,而该至少一个电源构件的电极终端通过终端线从核心导出。
【背景技术】
[0002]在某些电源模块(其例如包括与续流二极管一起的IGBT,并拟用于处理高电流和电压的,其例如在汽车领域的电驱动机的DC/AC转换器的情况下处于500伏特和200安培及以上的范围内)的情况下,有需要将热阻尽可能保持最低,其中其终端线需要为高电流设计而具极低电感度。当在建构这类模块时,现在主要采用所谓的〃焊线〃 ("wire-bond")技术,其中采用铝线和焊接的连接。在这技术中,IGBT和二极管等元件个别地被设于特别的基质上,例如DBC( =直接接合铜科技,direct bond copper technology),其例如由两层铜以及将它们分隔的陶瓷层(例如A1203)组成。
[0003]为了符合电学和热学的要求,终端线的导线是必定复杂的,其中例如采用粗的铝线连接IGBT顶侧上设置的栅极和源极接点,但这些线因为其高的热膨胀系数而倾向在弯位囚所谓的〃跟位龟裂〃而脱焊或破裂。在这样的设置的情况下,IGBT设在相反侧的漏极接点是焊接至基质上的,或通过压挤烧结连接的。这基质(DCB)是焊接至厚的铝板上的,后者通过导热的中介物料设置在散热板上。但已证实,在相对长期的运作下会发生故障,其应归咎于运作周期和热应力,以及其引致的各构件不同的膨胀和裂痕以及物料疲劳,它们表现出的结果例如为铝线脱焊或者晶片或基质破裂。
[0004]以往优选的电源半导体的嵌入方式的特征亦包括接线连接出现高的自我电感,其导致电力流失和大量发热,以及采用了昂贵的基质作电绝缘和热传导。为了改善冷却的效率,亦产生了提供双侧冷却的方案。这样的已知的电源模块的例子于US 8,102,047B2、US7,514,636 B域US 8,358,000 B2等展示和描述了。
[0005]如引言中所述的那种电源模块是已知的,例如从IEEE Transact1ns onComponents and Packaging Technology 2001 年第24卷4号中的文献"High Power IGBTModules Using Flip Chip Technology〃所知。在这种模块中亦提供了双侧冷却,其中电源构件(这里为两个IGBT和四个二极管)被嵌于两DBC层之间,其则被焊接至散热器上。该两层的DBC基质由两侧由0.3mm厚的铜层覆盖的0.63mm厚的Α?2θ3层组成。该些IGBT的漏极接点以及该些二极管的阴极终端通过锡/铅/银焊料焊接至下DBC层,而IGBT的源极和栅极接点以及二极管的阳极以同样的焊料焊接至上DBC层,其中采用倒装芯片接合技术。接至该些IGBT的源极和栅极接点以及二极管阳极的终端线于上DBC层的已结构化的内侧薄铜层中被导弓丨。虽然在这里采用双侧冷却,但主要因为自我电感的问题而仍然未能解决接至电源终端(该些IGBT的源、二极管的阳极)的高电流接线的问题。
[0006]这里应注明,〃顶〃和〃底〃这些术语是参照惯例上采用的表示方式而言的,但并不指明该些模块实际使用上的位置。此外,这里虑及的电源构件主要为电源半导体,例如IGBT和续流二极管,但并没有拟用此作限制,因为有源或无源的电子/电构件亦可为模块的一部份。
[0007]本发明的目的在于创造命题中的那种电源模块,其中经济地解决电源构件嵌入在模块中的情况下的线路电感所产生的发热或散热问题。
【发明内容】
[0008]从如引言中所述的那种电源模块进发,本发明解决了所述的问题,这是在于:印刷电路板核心于绝缘层的两侧皆具有导电层;至少一个导电层至少在部分区域中是结构化的,而每个导电层皆至少在部分区域中通过导电的金属中间层连接至散热板的金属内层;镀了金属的贯穿孔从结构化的导电层穿至该至少一个电源构件的电极终端,而该至少一个电源构件的至少一个电源终端是通过镀了金属的贯穿孔、结构化的导电层的部分和该导电的金属中间层连接至散热板的金属内层的至少一部分,其形成达至电极终端的终端线的一部分。
[0009]根据本发明的电源模块可处理高电流和功率,其中其特征在于其低重量和细小的维度。一重要的应用范畴例如为电动车的电压转换器,特别是混能车以及纯电动车的电压转换器。
[0010]当至少散热板的金属内层是由铜组成的时候是有利的,因为从形成导电轨道方面和从其导热性能方面看,铜皆被证实为合适的物料。
[0011]当一电源构件的至少一个终端是通过导电层以及导电的金属中间层连接至散热板的金属内层的时候,便获得可方便地生产的电连接。
[0012]可取的是将一电源构件的至少一个终端通过导电及导热的金属块连接至导电层,特别是为了对该些构件的不等高度作补偿。这里,从生产观点看,如果通过金属中间层将终端连接至导电层,这是有利的。
[0013]在热负载和电负载能力的改良这前提下,该印刷电路板核心可能是具有至少一块金属块,其热连接和/或电连接至上导电层和下导电层的至少一些部分。在这里,由铜组成该至少一块金属块是可取的。
[0014]当模块包含至少一个IGBT晶片/M0SFET,其中其源极终端和漏极终端连至该金属内层,而栅终端通过导电轨道从模块导出的时候,提供了的优点在于电源线和控制线不再捆在一起。
[0015]在根据发明的电源模块的一有利发展中,其包含至少一个电源二极管,其阴极和阳极连至金属内层。
[0016]在发明的一权宜的发展中,该金属中间层由银的低温烧结物料构成。
【附图说明】
[0017]本发明和进一步的优点在下文中以示例性实施方案作基础作更详细解释;该些示例性实施方案在附图中示出,其中
[0018]图1示出本发明第一实施方案的截面图,
[0019]图2示出第二实施方案的印刷电路板核心的截面图,
[0020]图3示出第三实施方案的印刷电路板核心的截面图,
[0021 ]图4示出第四实施方案的印刷电路板核心的截面图,
[0022]图5a至g示出用于生产根据本发明的电源模块的一优选方法的个别步骤,而
[0023]图6a至e示出用于生产用于根据本发明的电源模块的印刷电路板核心的另一优选方法的个别步骤。
【具体实施方式】
[0024]图1部分示意地示出根据本发明的电源模块的第一实施方案,其具有设于两块散热板2和3之间的印刷电路板核心1。印刷电路板核心1如常规的两侧印刷电路板般包含绝缘层4,例如于印刷电路板建构中常规的预浸渍物料,并于其两侧设有导电层,具体地是铜层。在这里,上导电层5是被结构化了以形成导电轨道8,但在本例子中下导电层6并不必需为结构化的。在本例子中IGBT晶片7、IGBT驱动器71和两个铜镶件10被嵌入在绝缘层4中。
[0025]该IGBT晶片7具有三个电极终端,具体地为下侧漏极终端7d、上侧源终端7s,以及上侧栅终端7g。该IGBT晶片7的终端优选地是以铜而金属化的,其中该漏极终端7d是连接至该下导电层6。这连接可直接建立(铜-铜)或使用焊接或烧结物料建立。参照标号11总体指代的接点从上导电层5穿至源终端7s或栅终端7g。明显的是,接至电源终端(漏极、源极)的连接总体上相比接至控制终端(栅)的连接具有大很多的截面。为了避免误会,这里应注明IGBT晶体管的源极和漏极常常以集电极和发射极这两术语指代。
[0026]IGBT驱动器71的输入和输出(未再详示)亦是通过接点11连接至上导电层5的结构,接点11例如为由电镀施加的铜造成的。前述的铜镶件10—方面用作镀了金属的贯穿孔以将上导电层5电连接至下导电层6,另一方面用作改善散热和增加热容量;在这例子中,该些铜镶件10以其底侧坐在下导电层6上,并亦是通过铜接点12与上导电层5达成接触。
[0027]上导电层5和下导电层6上的导电结构中的空隙皆可以如预浸渍物料的绝缘物料13填补或覆盖,这样其中一目的在于消除泄漏电流或介质击穿的风险。可再在这绝缘物料的层上设置接点或轨道,例如导电轨道14,栅终端7g通过接点15被导至该轨道14。
[0028]上述的印刷电路板核心1是与如下解释的散热板2和3热接触和/或电接触的。每块散热板2、3具有金属外层2a、3a和以导热的、电绝缘的中间层2z、3z从金属外层分隔的金属内层21、3i。在这种散热板(其亦被称为IMS(绝缘化金属基质,insulated metalsubstrate)的情况下,金属内层2;[、3;[例如由具200至40(^1]1厚度的铜构成,金属外层23、33由具1至2mm厚度的招或铜构成,而绝缘的中间层2z、3z由具ΙΟΟμπι厚度的聚合物料组成,其高度地被由氧化铝或氮化铝构成的粒子填充。该金属外层2a、3a亦可设有沟道或结构化的区域,以供强制气体或液体冷却。各层的厚度可以取决于各自的应用和热负荷的方式于宽阔的范围内被选择,这是不言而喻的。
[0029]印刷电路板核心1至散热板2和3各自的连接皆可通过金属中间层16ο和16u各自成立,在本例子中金属中间层由银的低温烧结物料构成。就如从图1可推断的,IGBT晶片7的漏极终端7d是扁平地并以最短路径地通过下导电层6和中间层16u连接至下侧散热板3的金属内层3i。源终端7s的情况类似,其也是以最短路径连接至金属内层2i的部分。这样,流经源极和漏极的大量电流可直接被引至散热板的厚铜层中而不用流过具较高自我电感的线路,而IGBT晶片中产生的热力亦通过散热板2和3以最短路径移除。银的烧结物料所形成的连接的高导热系数(一般150至250W/mK)和高机械强度都是优势。
[0030]高电流是无需流经已嵌入的构件的其它终端的;这些其它终端可通个相应的接点分别连接至上和下导电层5和6的导电结构,并且可如已知方法般通过导电轨道横向地从这些层5和6导出。在这例子中,这涉及I