[发明专利]用于制造电子电力模块的方法

说明书

本发明涉及用于通过增材制造来制造电力电子模块(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：‑在绝缘衬底(2a)的至少一个面上制作或固定聚合物材料的预成型体(15)，所述绝缘衬底被覆盖有至少一个金属层(2b、2c)，被称为金属化衬底(2)，‑在所述预成型体(15)上沉积第一金属层(17)，‑通过电成型而在所述第一金属层(17)上沉积第二金属层(18)。

技术领域

本发明涉及一种用于通过增材制造来制造电子电力模块的方法，以及一种使用此类方法而获得的电子电力模块。

本发明特别地应用于可能存在严重热应力的航空领域中。

背景技术

电力电子模块用于航空器上的推进和非推进系统的电气化所需的转换器中，以便将来自主电网(115V AC、230V AC、540V DC)的电能转换成若干形式(AC/DC、DC/AC、AC/AC和DC/DC)。

图1示出了现有技术的电力电子模块1。其包括衬底2，所述衬底包括陶瓷材料的电绝缘层2a，所述电绝缘层在其相对面中的每一个上被涂布有金属层2b、2c。此类组合件被称为金属化衬底2。

顶部金属层2b形成其上组装有电力半导体组件3的电力电路。电力电子模块1包括电和/或机械互连接头4，电力半导体组件3和连接器5通过所述电和/或机械互连接头组装到电力电路。电力半导体组件3归因于其缺陷而经受焦耳效应损失且因此表示显著的热源。

电力半导体组件3借助于布线导线6而彼此电互连并与连接器5电互连。通常由聚合物制成的外壳7用粘合密封件8胶合到衬底2或胶合到其上布置有衬底2的金属基底9。外壳7被填充有例如凝胶或环氧树脂的包封物10，以为电力组件3和布线导线6提供机械和电保护。

衬底2的下部金属层2c附接到金属基底9，所述金属基底具有散播热流并提供与金属散热器11的热连接的功能。如图1中所示出，电力电子模块1包括电和/或机械互连接头12，衬底2的下部金属层2c通过所述电和/或机械互连接头结合到基底9。

基底9自身经由例如热油脂、弹性体膜或相变材料的热界面材料层13结合到散热器11。热界面材料层13减小基底9和散热器11之间的接触热阻以确保较佳的热流疏散。散热器11具备翅片14，从而允许进一步减小后者的热阻，翅片14被例如空气的冷却流体穿越。

此类层堆叠在高温下使用时具有若干局限性。

第一局限性是高热阻，所述高热阻是归因于热界面材料13，尤其是在使用软热界面材料(例如热油脂)的情况下，且是归因于将电力组件3和冷却剂分离的各种界面。

第二局限性与高温不稳定性相关，尤其受到热界面13的操作温度(在热油脂的情况下为大约50℃)限制。

第三局限性是归因于热疲劳现象组合件的可靠性有限，所述热疲劳现象是由于材料的热膨胀系数之间的差异。当使用刚性界面材料时，此疲劳是焊接接头中的裂纹的传播源，特别是衬底2和基底9之间以及基底9和散热器11之间的裂纹的传播源。

在文献中提出了基于流体对金属化衬底的直接冷却的技术方案，但这些技术方案尤其在交换表面的层级处呈现局限性。

为了克服这些缺点，以本申请人的名义的文档FR 3 061 989提出了通过将用于直接且分别在金属化衬底的下面和上面上生产壳体散热器和电连接器的粉末床熔融而使用增材制造。此技术减小了组合件的热阻并限制了组装步骤。然而，金属粉末床的熔融在过程期间局部地需要相当高的温度，从而导致高残余应力。这些应力可在一些几何结构中导致金属化衬底的陶瓷层开裂。此外，由此过程产生的高温将衬底的选择限于金属化陶瓷。此外，没有可能通过增材制造同时在衬底的两个相对侧上生产元件，使得需要操作者干预来翻转衬底。

发明内容

本发明旨在以简单、可靠且便宜的方式纠正此类缺点。