具有陶瓷电路载体、柔性电路板和温度传感器的功率模块的制作方法

本发明涉及一种功率模块、特别是用于逆变器的换向单元。功率模块具有尤其陶瓷构成的电路载体和至少一个或仅一个半导体开关半桥，半导体开关半桥具有两个半导体开关、特别是功率半导体开关，其中半导体开关与电路载体尤其材料配合地连接。

背景技术：

技术实现思路

1、根据本发明，上述类型的功率模块具有(尤其与电路载体不同的)优选柔性的电路板、特别是fcb(fcb＝柔性电路板)，电路板与电路载体尤其材料配合地连接。柔性电路板设置在半导体开关的区域中。功率模块具有温度传感器，温度传感器与柔性电路板材料配合地连接，并且被设计和设置用于穿过柔性电路板检测电路载体在半导体开关的区域中的温度，进而尤其间接地检测半导体开关的温度。

2、有利地，可以借助于温度传感器以低成本的方式间接地检测半导体开关的温度。温度传感器优选地与柔性电路板焊接，特别是回流焊接。因此，柔性电路板可以有利地用作用于将温度传感器固定在电路载体上的固定机构。因此，由半导体开关产生的损耗热可以沿着电路载体的平坦延伸部、即横向地引导至电路载体的、设置有温度传感器的位置。温度传感器和电路载体的该位置将柔性电路板包围在彼此之间。

3、在一个优选的实施方式中，柔性电路板被设计用于：向半导体开关供应用于切换半导体开关的控制信号。因此，可以有利地借助于柔性电路板将控制信号输送给半导体开关，还可以将由温度传感器生成的、代表半导体开关温度的温度信号引导离开，并且更优选地输送给处理单元、尤其输送给用于半导体开关半桥的驱动器。

4、在一个优选的实施方式中，功率模块具有至少一个键合连接部，特别是键合带或键合线，其从柔性电路板引导至半导体开关，以操控半导体开关。因此，可以有利地形成从柔性电路板至半导体开关的电连接。

5、在一个优选的实施方式中，温度传感器与柔性电路板焊接，特别是回流焊接。因此，温度传感器可以有利地与其他电子构件、例如电阻、电容器或用于半导体开关的驱动器共同地焊接。

6、在另一实施方式中，温度传感器可以与柔性电路板粘贴。例如，包覆物、尤其将温度传感器与柔性电路板连接的粘合剂可以是导电粘合剂。

7、在另一实施方式中，可以借助于烧结剂将温度传感器与柔性电路板烧结。烧结剂例如可以是烧结膏，特别是银烧结膏。

8、在一个优选的实施方式中，柔性电路板在温度传感器的区域中具有至少一个导热通孔连接部。导热通孔连接部至少沿着电路板的厚度延伸的一部段形成在电路板中。因此，有利地，由半导体开关半桥的半导体开关产生的损耗热可以在电路载体、特别是电路载体的导电层中被传导至通孔连接部，并且可以在那里在通孔连接部的区域中传导穿过柔性电路板，从而到达温度传感器。

9、通孔连接部例如通过尤其电镀产生的导热的金属桥形成。

10、在一个优选的实施方式中，温度传感器是电阻传感器。电阻传感器优选地被设计为检测温度并根据检测到的温度改变其欧姆电阻，进而产生温度相关的温度信号。因此，可以有利地低成本地提供温度传感器。温度传感器例如是ntc传感器(ntc＝负温度系数)。有利地，随着温度升高，温度传感器可以具有更大的电导率进而更小的电阻，使得在预定阈值下流过温度传感器的电流可以代表不应被超过的温度阈值，并且在超过时可以产生报错信号。

11、在一个优选的实施方式中，电路载体是陶瓷的电路载体。陶瓷的电路载体优选具有电绝缘的陶瓷层(特别是氧化铝层或氮化硅)和至少一个与陶瓷层连接的(尤其共晶连接的)导电层，特别是重布线层，优选铜层。电路载体例如是amb电路载体(amb＝活性金属钎焊)、dcb电路载体(dcb＝直接铜接合)或ims基板(ims＝绝缘金属基板)。

12、因此，电路载体可以有利地具有良好的导热性和用于半导体开关的高载流性。半导体开关优选地与电路载体烧结或焊接。

13、在一个优选的实施方式中，电路载体具有导电层、特别是印制导线，导电层与柔性电路板材料配合地尤其借助于焊料剂、烧结剂或导电粘结剂连接。导电层被引导至半导体开关，使得从半导体开关至温度传感器形成的传递热阻小于在与其平行的陶瓷层中形成的传递热阻。导电层优选地在温度传感器和陶瓷层之间延伸。因此，温度传感器和陶瓷层将电路载体的导电层和柔性电路板包围在彼此之间。

14、有利地，由半导体开关产生的损耗热可以经由具有小的传递热阻的印制导线流至温度传感器。因此，陶瓷层可以形成至热沉的传递热阻，该热沉与电路载体导热连接。

15、在一个优选的实施方式中，功率模块具有与电路载体导热连接的热沉。电路载体优选地以背离半导体开关的一侧与热沉导热连接。为此，电路载体优选具有导电层，特别是背侧层，导电层与热沉材料配合地连接，优选地焊接。因此，有利地，由半导体开关产生的损耗热可以传导至热沉。由半导体开关产生的损耗热可以部分地以小的传递热阻沿导电层引导至温度传感器，并且在那里穿过柔性电路板到达温度传感器。

16、陶瓷电路载体的导电的重布线层优选地具有比电路载体的电绝缘陶瓷层更大的、与长度相关的导热率。因此，有利地，损耗热可以在电路载体表面处被引导至温度传感器。因此，可以在重布线层和与电路载体导热连接的热沉之间可以形成温差。

17、柔性电路板优选具有至少一个电绝缘层(特别是聚酰亚胺层、尼龙层、聚酯层、弹性体层或聚酯薄膜层)和至少一个导电层(特别是铜层)。柔性电路板优选地具有至少一个电绝缘层，电绝缘形成在与温度传感器的电端子连接的重布线层和用于与电路载体焊接的导电层之间。如此形成中间层的电绝缘层因此可以形成如下电绝缘层，该电绝缘层可以具有相对于在电路载体中引导的电压足够的击穿抗性。

18、柔性电路板优选地柔性或弹性地构成，使得电路板能够以直角或u形弯曲而不会断裂。柔性电路板优选地以不含强化纤维的方式被设计为柔性电路板。有利地，柔性电路板可以弹性地构成，使得柔性电路板可以与电路载体材料配合复合地跟随电路载体的热扩展。

19、柔性电路板的电绝缘层优选地比陶瓷电路载体的电绝缘层更薄地构成。

20、电路载体的电绝缘层优选具有0.2至1毫米之间、更优选0.3至0.5毫米之间的厚度。柔性电路板的电绝缘层优选具有10微米至100微米之间的厚度，更优选20微米至30微米之间的厚度。柔性电路板的厚度优选地具有100微米至500微米之间的厚度。软性电路板和电路载体之间的厚度比优选为1比5至1比10。

21、本发明还涉及一种用于检测功率半导体开关的温度的方法。在该方法中，由功率半导体开关产生的损耗热被导入与功率半导体开关材料配合地连接的陶瓷的电路载体中。导入的损耗热(特别是横向地)在基板中在导电层中从功率半导体开关被引走，其中导电层在功率半导体开关的区域中与电路载体的陶瓷层连接，并且导电层尤其是重布线层。损耗热继续在导电层中被引导至与导电层材料配合地连接的、尤其是柔性的电路板中。损耗热继续沿着电路板的厚度延伸被引导穿过柔性电路板直至与电路板焊接的温度传感器。因此，有利地，柔性电路板可以形成至导电层的电绝缘体。导电层优选为铜层或铝层。

22、本发明还涉及一种逆变器，特别是用于电动车辆或混合动力车辆的逆变器。该逆变器对于每一相具有至少一个上述类型的功率模块，并且被设计用于对电机通电以产生旋转磁场。因此，可以有利地低成本且可靠地监控逆变器的功率电子装置的温度。逆变器优选地被设计用于根据由温度传感器产生的温度信号来产生报错信号或者限制由逆变器产生的电流。