[发明专利]电源模块

说明书

技术领域

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

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，directbondcoppertechnology)，其例如由两层铜以及将它们分隔的陶瓷层(例如Al₂O₃)组成。

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。

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US8,102,047B2、US7,514,636B2或US8,358,000B2等展示和描述了。

如引言中所述的那种电源模块是已知的，例如从IEEETransactionsonComponentsandPackagingTechnology2001年第24卷4号中的文献″HighPowerIGBTModulesUsingFlipChipTechnology″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Al₂O₃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引。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。

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。

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

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。

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。

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。