[發明專利]用于制造電子電力模塊的方法

在審

• 申請號: 202080032723.3
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN113767456A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 巴普蒂斯泰·喬艾爾·克里斯汀·費迪;拉比赫·克哈扎卡;托尼·姚瑟夫;皮埃爾·金·薩洛特
• 申請（專利權）人: 賽峰公司
• 主分類號: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H01L23/367;H01L23/495;H01L25/16
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 南霆;李有財

本發明涉及用于通過增材制造來制造電力電子模塊(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：?在絕緣襯底(2a)的至少一個面上制作或固定聚合物材料的預成型體(15)，所述絕緣襯底被覆蓋有至少一個金屬層(2b、2c)，被稱為金屬化襯底(2)，?在所述預成型體(15)上沉積第一金屬層(17)，?通過電成型而在所述第一金屬層(17)上沉積第二金屬層(18)。

技術領域

本發明涉及一種用于通過增材制造來制造電子電力模塊的方法，以及一種使用此類方法而獲得的電子電力模塊。

本發明特別地應用于可能存在嚴重熱應力的航空領域中。

背景技術

電力電子模塊用于航空器上的推進和非推進系統的電氣化所需的轉換器中，以便將來自主電網(115V AC、230V AC、540V DC)的電能轉換成若干形式(AC/DC、DC/AC、AC/AC和DC/DC)。

圖1示出了現有技術的電力電子模塊1。其包括襯底2，所述襯底包括陶瓷材料的電絕緣層2a，所述電絕緣層在其相對面中的每一個上被涂布有金屬層2b、2c。此類組合件被稱為金屬化襯底2。

頂部金屬層2b形成其上組裝有電力半導體組件3的電力電路。電力電子模塊1包括電和/或機械互連接頭4，電力半導體組件3和連接器5通過所述電和/或機械互連接頭組裝到電力電路。電力半導體組件3歸因于其缺陷而經受焦耳效應損失且因此表示顯著的熱源。

電力半導體組件3借助于布線導線6而彼此電互連并與連接器5電互連。通常由聚合物制成的外殼7用粘合密封件8膠合到襯底2或膠合到其上布置有襯底2的金屬基底9。外殼7被填充有例如凝膠或環氧樹脂的包封物10，以為電力組件3和布線導線6提供機械和電保護。

襯底2的下部金屬層2c附接到金屬基底9，所述金屬基底具有散播熱流并提供與金屬散熱器11的熱連接的功能。如圖1中所示出，電力電子模塊1包括電和/或機械互連接頭12，襯底2的下部金屬層2c通過所述電和/或機械互連接頭結合到基底9。

基底9自身經由例如熱油脂、彈性體膜或相變材料的熱界面材料層13結合到散熱器11。熱界面材料層13減小基底9和散熱器11之間的接觸熱阻以確保較佳的熱流疏散。散熱器11具備翅片14，從而允許進一步減小后者的熱阻，翅片14被例如空氣的冷卻流體穿越。

此類層堆疊在高溫下使用時具有若干局限性。

第一局限性是高熱阻，所述高熱阻是歸因于熱界面材料13，尤其是在使用軟熱界面材料(例如熱油脂)的情況下，且是歸因于將電力組件3和冷卻劑分離的各種界面。

第二局限性與高溫不穩定性相關，尤其受到熱界面13的操作溫度(在熱油脂的情況下為大約50℃)限制。

第三局限性是歸因于熱疲勞現象組合件的可靠性有限，所述熱疲勞現象是由于材料的熱膨脹系數之間的差異。當使用剛性界面材料時，此疲勞是焊接接頭中的裂紋的傳播源，特別是襯底2和基底9之間以及基底9和散熱器11之間的裂紋的傳播源。

在文獻中提出了基于流體對金屬化襯底的直接冷卻的技術方案，但這些技術方案尤其在交換表面的層級處呈現局限性。

為了克服這些缺點，以本申請人的名義的文檔FR 3 061 989提出了通過將用于直接且分別在金屬化襯底的下面和上面上生產殼體散熱器和電連接器的粉末床熔融而使用增材制造。此技術減小了組合件的熱阻并限制了組裝步驟。然而，金屬粉末床的熔融在過程期間局部地需要相當高的溫度，從而導致高殘余應力。這些應力可在一些幾何結構中導致金屬化襯底的陶瓷層開裂。此外，由此過程產生的高溫將襯底的選擇限于金屬化陶瓷。此外，沒有可能通過增材制造同時在襯底的兩個相對側上生產元件，使得需要操作者干預來翻轉襯底。

發明內容

本發明旨在以簡單、可靠且便宜的方式糾正此類缺點。