DE8908678U1 - Power module - Google Patents

Power module

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Description

89 G 1 6 O k DE89 G 1 6 O k DE

Siemens AktiengesellschaftSiemens AG

Leistungsbaugruppe 5Power module 5

Die Erfindung betrifft eine Leistungsbaugruppe mit einem Leistungsbsuelement und einem Kühlkörper zum Abführen der Verlust -wärme des Leistungsbaueiements.The invention relates to a power module with a power element and a heat sink for dissipating the heat loss of the power module.

1" Eine solche Leistungsbaugruppe nach dem Stand der Technik ist zum Beispiel in der deutschen öffenl&gungsschrift 35 23 06.1 b3« schrieben. Dabei »irrf ein Leirtungshalbieiterchip durch Lötung SLi* einem in Form einer Kupfe' schicht ausgeführten Träger befastigti der seine Verlustwärme auf eine nrößere Fläche verteilen1" Such a power module according to the state of the art is described, for example, in the German publication 35 23 06.1 b3. Here, "a power semiconductor chip is attached by soldering to a carrier in the form of a copper layer, which distributes its waste heat over a larger area. soll (Wärmespreizung). Die Kupferschicirt wiederum ist auf einer Isolierschicht aus Keramik angeordnet; und mit dieser durch eine intermetallische Verbindung verbunden. Der so gebildete Schichtenverband aui. dei Kupfer und der Keramikschicht mit dem aufgelöteten Leistungsha'bleiter ist schließlich über die Keramik-(heat spreading). The copper layer is in turn arranged on an insulating layer made of ceramic and connected to it by an intermetallic compound. The layer combination thus formed from the copper and the ceramic layer with the soldered power semiconductor is finally connected via the ceramic schicht mit einem Wärmeleitkleber auf dem Kühlkörper befestigt.layer is attached to the heat sink with a thermally conductive adhesive.

Die Eigenschaften sowie die Herstellung eines solchen Sohichtenverbandes sind in einer Informationsschrift der Fa. DODUKO g GmbH unter der Bezeichnung DCB Substrat (Direct copper/bonding) 25 beschrieben.The properties and the production of such a substrate bond are described in an information leaflet from DODUKO g GmbH under the name DCB Substrate (Direct copper/bonding) 25.

f.: Die Dicke der Keramikschicht muß dabei größer gewählt werden, f als es für die elektrische Isolierung notwendig wäre, da sonst % die mechanische Festigkeit beim Herstellungsprozeß nicht mehr 30 gegeben wäre. Dadurch ist die erzielbare Wärmeleitfähigkeit begrenzt. Außerdem darf die "^icke des Keramikblättchens möglichst wenig variieren, da sich sonst örtliche Temperaturspitzen ergeben, die die Temperaturwechselbeständigkeit verschlechtern.f. : The thickness of the ceramic layer must be greater than would be necessary for electrical insulation, otherwise the mechanical strength would no longer be present during the manufacturing process. This limits the achievable thermal conductivity. In addition, the thickness of the ceramic sheet must vary as little as possible, otherwise local temperature peaks will occur which will impair the thermal shock resistance.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Leistungsbaugruppe so auszuführen, daß die Wärmeleitfähigkeit verbessert wird und sich gleichzeitig der Herstellungsprozeß vereinfacht. DieThe object of the invention is to design a power module in such a way that the thermal conductivity is improved and at the same time the manufacturing process is simplified. The

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erfindungsgemäße Lösung ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The inventive solution is characterized in claim 1. Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.

Die srfindungsgemäße Lösung besteht darin, die Isolierschicht nicht als vorher gefertigtes Teil auszuführen, sondern als Beschichtung, die ihre endgültige Fax® erst während des Beschichtungsvorgangs erhält. Dadurch kann die Isolierschicht beliebig aunn und mit einer sehr gleichmäßigen Schichtdicke ausgeführt werden. Die geringere Schichtdicke verbessert die Wärmeleitung und durch die sehr gleichmäßige Schichtdicke treten &eine örtlichen Temperaturspitzen auf.The solution according to the invention consists in not making the insulating layer as a previously manufactured part, but as a coating that only receives its final finish during the coating process. This means that the insulating layer can be made as desired and with a very uniform layer thickness. The lower layer thickness improves heat conduction and the very uniform layer thickness prevents local temperature peaks from occurring.

Eine weitere Verbesserung der Wärmeleitung ergibt sich aus der Tatsache, daß bei der Leistungsbaugruppe gemäß der Erfindung weniger Wärmeübergänge vorhanden sind, da die Beschichtung nur einseitig mit einem Wärmeleitkleber verbunden werden muß. Die Beschichtung kann auf dem Kühlkörper aufgetragen sein und mit dem Träger verklebt werden oder auf dem Träger aufgetragen sein und mit dem Kühlkörper verklebt werden.A further improvement in heat conduction results from the fact that in the power module according to the invention there are fewer heat transfers, since the coating only has to be bonded on one side with a thermally conductive adhesive. The coating can be applied to the heat sink and glued to the carrier or applied to the carrier and glued to the heat sink.

Die Beschichtung besteht aus einem Keramikmaterial, das durch ein beliebiges geeignetes Beschichtungsverfahren aufgetragen wird, wie zum Beispiel durch Plasmaspritzen oder durch Sputtern.The coating consists of a ceramic material applied by any suitable coating process, such as plasma spraying or sputtering.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich bei Leistungshalbleitern, die bereits in einem Gehäuse untergebracht sind, wobei der Gehäuseboden als Träger dient. DerartigeA particularly advantageous application of the invention is found in power semiconductors that are already housed in a housing, with the housing base serving as a carrier. Anordnungen mußten bisher vom Kühlkörper durch Zwischenlegen einer wärmeleitenden Isolierfolie oder eines wärmeleitenden Isolierblättchens isoliert werden. Die Befestigung erfolgte dabei über eine entsprechend aufwendige mechanische Halterung oder durch Kleben, wobei die Isolierschicht beidseitig verklebtPreviously, arrangements had to be insulated from the heat sink by interposing a heat-conducting insulating film or a heat-conducting insulating sheet. The attachment was carried out using a correspondingly complex mechanical holder or by gluing, with the insulating layer being glued on both sides werden mußte. Im Falle des Klebens ergaben sich dabei insbesondere bei komplizierten Bauformen fertigungstechnische Probleme.In the case of gluing, manufacturing problems arose, particularly with complicated designs.

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Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the figure.

Die Figur zeigt eine Anordnung von einem oder mehreren Leistungshalbleitern auf einem Kühlkörper 4A, der oder die am Boden eines Gehäuses 5 angebracht sind, wobei dieser Boden als wärmeleitender Träger 2A dient.The figure shows an arrangement of one or more power semiconductors on a heat sink 4A, which is or are attached to the bottom of a housing 5, wherein this bottom serves as a heat-conducting carrier 2A.

Der wärmeleitende Träger 2A ist mit einem Kühlkörper 4A über eine wärmeleitende Klebschicht K und eine Isolierschicht 3A lü verbunden.The thermally conductive carrier 2A is connected to a heat sink 4A via a thermally conductive adhesive layer K and an insulating layer 3A lü.

Die Isolierschicht 3A besteht aus Keramikoxid und ist auf dem Kühlkörper 4A als Beschichtung aufgetragen.The insulating layer 3A consists of ceramic oxide and is applied to the heat sink 4A as a coating.

Bei dieser Anordnung ist die Montage gegenüber den beim Stand der Technik üblichen Verfahren vereinfacht. Das bisher verwendete Isolierblättchen mußte auf zwei Seiten verklebt werden, wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur eine Klebschicht notwendig ist.With this arrangement, assembly is simplified compared to the usual prior art methods. The insulating sheet used previously had to be glued on two sides, whereas with the method according to the invention only one adhesive layer is necessary.

Claims (1)

89 G 1 6 O 4 OE J89 G 1 6 O 4 OE J &eegr; sprüche
K
&eegr; sayings
K
,1 Leistungsbaugruppe mit einem Leistungsbauelement und einem Kühlkörper (A), wobei das Leistungsbauelement mit einem Träger (2) aus wärmeleitendem Material und dieser mit dem Kühlkörper (A) wärmeleitend verbunden sind und Kühlkörper (A) und Träger (2) elektrisch voneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierung eine Beschichtung aus Isoliermaterial auf iü dem Kühlkörper (A) oder auf dem Träger (2) aufgetragen ist, die ihre endgültige Form erst durch den Beschichtungsvorgang erhält. ,1 Power module with a power component and a heat sink (A), whereby the power component is connected to a carrier (2) made of heat-conducting material and this is connected to the heat sink (A) in a heat-conducting manner and the heat sink (A) and carrier (2) are electrically insulated from one another, characterized in that a coating of insulating material is applied to the heat sink (A) or to the carrier (2) as insulation, which only receives its final shape through the coating process. 2. Leistungsbaugruppe nach Anspruch 1,2. Power module according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch thermisches Spritzen erzeugt ist.characterized in that the insulation is produced by thermal spraying. 3. Leistungsbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch Plasmaspritzen erzeugt ist.3. Power module according to claim 2, characterized in that the insulation is produced by plasma spraying. A. Leistungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,A. Power module according to claim 1, characterized in daß die Isolierung aus einem Keramikmaterial besteht. 25that the insulation is made of a ceramic material. 25 5. Leistungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung durch Sputterung erzeugt ist.5. Power module according to claim 1, characterized in that the insulation is produced by sputtering. 6. Leistungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,6. Power module according to claim 1, characterized in daß das Leistungsbauelement ein Leistungshalbleiter (1) in Chipform ist und mit dem Träger (2) durch Lötung verbunden ist. 35that the power component is a power semiconductor (1) in chip form and is connected to the carrier (2) by soldering. 35 7. Leistun^sbaugruppe nach Anspruch 1,7. Power module according to claim 1, 89 G 1 689 G1 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) den Boden eines Bauelementes mit einem Gehäuse (5) bildet, das das Leistungsbauelement umschließt.characterized in that the carrier (2) forms the base of a component with a housing (5) which encloses the power component. 8. Leistungsbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsbauelement mindestens ein Leistungshalbleiter ist.8. Power module according to claim 7, characterized in that the power component is at least one power semiconductor.
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