[发明专利]具有降低的易故障性的功率模块和其应用

说明书

说明一种具有降低的易故障性的功率模块。通过耗散的能量产生的热由功能结构经由热桥导出到载体衬底的下侧。为了降低热阻，功能元件位于所述载体衬底中的凹槽中。

技术领域

本发明涉及一种自身的易故障性被降低的功率模块，并且本发明涉及所述模块的应用。

背景技术

越来越多的电部件和电子部件应用在电设备中。相应地，其复杂性增大并且因此使故障可能性的数目增大。附加地，微型化趋势进一步持续，由此使得用于实现电功能和电子功能的结构空间变得越来越小。

电功能和电子功能通常通过电模块来实现。一个模块一般在载体衬底上汇总多个电部件，例如芯片。这样的模块例如由出版文献US 2009/0129079 A1和US 2008/0151547A1已知。

功率模块、例如用于机动车中的道路照明（远光灯、近光灯）的发光装置与仅仅处理电信号的系统相比以高电功率而出众。相应地，余热也是进行信号处理的模块的余热的多倍。

已知的功率模块中的一个问题是易故障性和效率的热限制。

发明内容

因此，存在对具有降低的易故障性、更高的功率稳定性、和更高的效率的功率模块的期望，所述功率模块遵循持续的微型化趋势并且能够实现更小的尺寸。

所述任务通过根据独立权利要求1的功率模块来解决。从属权利要求说明本发明的有利的构型。

功率模块包括载体衬底，所述载体衬底具有介电层和金属化层。此外，所述载体衬底具有凹槽。附加地，所述功率模块包括电功能元件。在载体衬底的金属化层中结构化电线路。所述功能元件与所述电线路接线。此外，所述功能元件布置在所述载体衬底中的凹槽中并且具有热桥，所述热桥具有比所述载体衬底更高的导热性。

所述凹槽在此可以是穿过载体衬底的开口，从而该凹槽是从载体衬底的两侧可接近的。替代地，凹槽也可以是以盲孔形式的凹部，所述凹部不穿透载体衬底。凹槽于是仅仅是从载体衬底的上侧可接近的。在后一种情况下，凹槽具有下侧，所述下侧通过载体衬底的表面形成。

除了所述一个介电层和所述一个金属化层之外，载体衬底可以具有一个或多个其他的介电层以及一个或多个其他的金属化层。这些介电层将这些金属化层分离。在这些金属化层中可以结构化电结构，例如信号线路、功率线路、电路元件，例如电容式的、电感式的或电阻式的元件。

功能元件是电的功率元件或电子的功率元件，其在运行中转换（umsetzen）相对高的电功率并且耗散相应大量的能量。功能元件因此是运行期间的热源。作为功能元件尤其考虑具有用于高功率LED（LED = Light Emitting Diode = 发光二极管）的结构的元件。

除了作为热源起作用并且将电能量部分地转化为热的结构之外附加地，所述功能元件具有自身的热桥，所述热桥具有高的导热性。与在载体衬底上的芯片中具有热源的常规的功率模块相比，通过凹槽中的布置，减少载体衬底上的如下材料，其中热必须通过所述材料导出。通过附加地存在热桥，双重降低功能元件中的耗散能量的结构的热负荷，其中所述热桥通过比载体衬底更高的导热性进一步改善热的导出。

以下温度范围是非常宽的：机动车应用在所述温度范围中。尤其是在日行灯情况下，从经改善的热导出而获益，其中所述日行灯不仅仅应用在较冷的黑暗中而且所述日行灯通常基于具有掺杂的半导体材料的LED。半导体器件的老化是具有指数式温度相关性的热力学过程。热负荷的明显降低因此可以使相应器件的使用寿命倍增并且减小易故障性。

通过在凹槽中布置功能元件，附加地减小模块的结构高度。

反常地（paradoxerweise），易故障性的降低因此恰恰基于结构体积的缩小。