[发明专利]功率模块及其制造方法

说明书

本发明公开一种功率模块及其制造方法。此功率模块包括可插入到衬底(12)上的套管(32)中的压配合引脚(34)，用于端子的电气和机械连接。所述衬底(12)搁置在底板(10)上。潜在对准框架(33)确保所有元件的准确性。电源端子和信号端子的所述电气和机械连接是通过多个(高电流)或单个压配合连接来实现。当插入所述引脚(34)时，它们通过克服摩擦力紧密地配合在这些套管(32)中，并且在建立配合之后，对于每个单个引脚配合，建立表面上方的电接触。

背景技术

在工业应用或电动汽车中，每年以数百万个单元应用千瓦级或以上的功率模块。它们用于处理电流并确保连接的机械支撑。此类模块内置于电动汽车的逆变器、电梯等工业应用的驱动器、风扇控制器等中。这些模块的高效生产与客户要求的热特性和电气特性以及可靠性水平一样高。关键是信号和电源端子与内部导电层的电气连接。目前，每年制造大约1000万个此类功率模块，并且此制造过程仍然是一项具有挑战性的工作。预期产品使用寿命为大约10至15年。

典型的功率模块包括凸形弯曲底板，其上附接有具有绝缘层的集成衬底以及具有附接芯片(例如，IGBT、二极管、MOSFET等)的导电顶侧金属板；以及用于电气连接的引线键合、用于外部汇流条附接和外部控制的电源端子和信号端子。用于超过150A的高电流的电源端子和信号引脚通过多条平行键合线焊接、熔接或连接到顶部衬底金属化层。这通常确保低电阻。

这种功率模块的大规模生产是一项具有挑战性、技术上繁重且持久的成本战，因为市场上一直在进行关于便士的争夺战。目前，生产需要具有多个焊接步骤的手动处理操作。它们总是具有重新熔化先前产生的焊料层的某种潜力，这会对可靠性产生不利影响。固定装置很复杂，无法将所有材料保持在适当位置。一些端子可能会机械地屏蔽衬底并限制可接近性。总而言之，所述生产方法相当低效。这是为这种功率模块寻找更好的设计和生产工艺解决方案的起点。

发明内容

因此，本发明的任务是创建功率模块，所述功率模块允许改进组装，从而使组装更容易、更快速和更经济，并确保所有端子的电气连接和机械连接更牢固且更好，同时确保巨大的性能增益，例如为碳化硅芯片调适的更低电阻损耗和更低内部杂散电感。此外，本发明的任务是基于特定设计为此种功率模块提供一种更有效的生产工艺，所述生产工艺确保较长的使用寿命并建立安全的电气触点，并且最重要的是，所述生产工艺对制造线来说更经济，从而避免手动操作。

所述问题通过根据权利要求1所述的功率模块来解决。所述功率模块由两个复杂部分组成，所述复杂部分在单个处理步骤中接合并用胶水密封。顶部部分是外壳组合件，所述外壳组合件由具有例如三个模制电源端子和例如四个信号端子的塑料壳体组成，所述外壳组合件根据此62mm宽的模块的所建立工业标准提供外部电气连接。在外壳内部，电源端子的面向下端形成多个平行压配合引脚，并且信号端子形成仅一个压配合引脚。在操作期间，每个电源端子将承载远高于150A的电流。因此，建议使用多个引脚来提高导电性并减少流过每个压配合引脚的电流以提高可靠性。信号引脚将承载低于1A的电流且要求较低，因此可以由更薄的材料制成，这需要不同的压配合设计。所有这些压配合引脚朝向底部部分面向下且具有仅0.05mm的相同高度和公差，这表明它们必须完全对齐，也必须完全配合。端子优选地由硬度60HV的铜制成。

制造过程由权利要求13表征。模拟显示极低导通电阻，所述导通电阻比具有相同轮廓的现有技术模块的导通电阻低两倍。与现有技术模块相比，内部杂散电感也低两倍。随着衬底区域的高效利用，在此功率模块占地面积上可以实现全球最高的额定电流。

现有技术的功率模块以及根据本发明的功率模块将通过示例的方式在附图中示出，并且它们将在以下沿着这些附图进行描述。

附图说明：

附图示出：

图1：在等距视图中现有技术功率模块的实例；

图2：通过具有典型层的典型现有技术功率模块的截面图；

图3：图1实现的功率模块的现有技术内部；