[发明专利]功率模块及功率模块的制造方法

说明书

本发明涉及一种功率模块(1)，其具有功率单元(2)和用于控制功率单元(2)的控制单元(3)。所述功率单元具有冷却体(4)、至少一个布置在冷却体(4)上的功率构件(7)和覆盖冷却体(4)和所述至少一个功率构件(7)的绝缘层(12)。在此，功率单元(2)的底侧(17)通过冷却体(4)的底侧构成，并且功率单元(2)的顶侧(14)通过与至少一个功率构件(7)以热和/或电的方式耦连的至少一个接触面(16)以及绝缘层(12)的围绕所述至少一个接触面(16)的表面(15)构成。所述控制单元(3)具有至少一个、对应于功率单元(2)的所述至少一个接触面(16)的接触元件(18)，所述接触元件(18)被布置成，通过将所述控制单元(3)布置在所述功率单元(2)的顶侧(14)上而使所述接触元件(18)贴靠在所述至少一个接触面上以便与所述至少一个功率构件(7)形成电和/或热接触。本发明还涉及一种用于制造功率模块(1)的方法。

本发明涉及一种功率模块，其具有功率单元和用于控制功率单元的控制单元。本发明还涉及一种用于制造功率模块的方法。

功率模块或功率半导体模块是从现有技术已知的，并且可以设计为换流器、例如逆变器或整流器。在此，这样的功率模块具有芯片，即功率半导体构件或功率构件、例如晶体管、IGBT或二极管，其通常布置在陶瓷基底上并且与其例如通过钎焊以材料接合的方式相连。装配有功率构件的基底通常布置在壳体中。为了触点接通这些功率构件，通常使用压焊连接(Bondverbindungen)，所述压焊连接从芯片的接触面通向在基底上的终端面。在这种借助压焊引线(Bonddraehten)将电构件以电的方式互连或相连的构造中存在的缺点在于，一方面是所述压焊连接尤其在振动以及热机械载荷的情况下会容易断裂，另一方面是这种功率模块具有非常高的电感。

设计功率模块的另一个重大挑战是需要排出由功率构件在运行期间产生的热量，尤其是因为电构件总是变得越来越小。为此，在现有技术中，要么进行耗费的热管理，要么由于散热方案有限而限制功率模块的性能。

本发明要解决的技术问题在于实现一种尤其可靠和紧凑的功率模块，其中，废热可以尤其好地和有效地排出。

上述技术问题通过按照独立权利要求的功率模块以及方法实现。本发明的有利的实施方式是从属权利要求、说明书和附图的主题。

按照本发明的功率模块包括功率单元以及用于控制功率单元的控制单元。功率单元具有冷却体、至少一个布置在冷却体上的功率构件和覆盖冷却体和所述至少一个功率构件的绝缘层。在此，功率单元的底侧通过冷却体的底侧构成，并且功率单元的顶侧通过与至少一个功率构件以热和/或电的方式耦连的至少一个接触面以及绝缘层的围绕所述至少一个接触面的表面构成。所述控制单元具有至少一个、对应于功率单元的至少一个接触面的接触元件，所述接触元件被布置成，通过将所述控制单元布置在所述功率单元的顶侧上而使所述接触元件贴靠在功率单元的至少一个接触面上以便与所述至少一个功率构件形成电和/或热接触。

功率模块例如可以设计为换流器。例如可以设计为功率-MOSFET或设计为IGBT的所述至少一个功率构件布置在冷却体上并且与冷却体热耦连以排出由所述至少一个功率构件在运行期间产生的废热。尤其地，所述至少一个功率构件与冷却体的顶侧相连。

在冷却体顶侧上的围绕功率构件的区域以及功率构件本身被绝缘层覆盖、尤其完全覆盖。绝缘层例如可以是浇铸材料、例如所谓的模塑料，和/或可以包括绝缘膜。为了与至少一个功率构件形成电和/或热接触，例如可使在至少一个功率构件上的接头与电的和/或热的传导元件耦连。所述电的和/或热的传导元件在此可以穿过绝缘层导引到绝缘层的表面上，使得在功率单元的顶侧上只露出传导元件的接触面。传导元件例如可以具有铜。换句话说，功率构件嵌入绝缘层中，其中，在功率单元的顶侧上只有绝缘层的表面以及至少一个接触面(也称为功能岛)是可见的。因此，至少一个功率构件通过绝缘层和冷却体完全封装。在此，至少一个接触面尤其位于功率单元的顶侧上的确定的位置上，尤其直接位于嵌入绝缘层的功率构件的上方。