包括至少一个半导体模块的功率模块和制造功率模块的方法与流程

本公开涉及一种功率模块，其包括至少一个半导体模块、由塑料材料制成的第一外壳部件和由塑料材料制成的第二外壳部件。本公开还涉及一种制造功率模块的方法。

背景技术：

1、文献us 9613885 b2涉及一种冷却装置，其包括多个分立的模块和塑料外壳。每个模块包括由模塑复合物封装的半导体管芯、电连接到所述半导体管芯并从模塑复合物中突出来的多个引线、以及至少部分地未被模塑复合物覆盖的第一冷却板。塑料外壳围绕每个模块的周边以形成多管芯模块。

2、文献us2011/0316143 a1涉及一种半导体模块，其包括由树脂模具制成的半导体单元。树脂模具已在其中形成了冷却路径，冷却剂流动穿过该冷却路径以冷却嵌入树脂模具中的半导体芯片。

3、文献us2010/0232112 al公开了一种半导体模块，其包括：基板，基板的表面形成鳍片区域，冷却鳍片设置在鳍片区域中；衬底，衬底设置在基板的另一个表面上并设置有开关装置；以及外壳部件，外壳部件具有内部空间，开口形成在壳体构件的一个壁中，使得开口小于基板的一个表面并且大于鳍片区域。

4、文献ep 1843392 al提供了一种电子组件，其具有外壳，外壳包括限定流体容器的壁。一个或多个导热散热器装置延伸穿过外壳中的一个或多个开口并且与液体冷却剂热连通。一个或多个电子设备安装在散热器装置的安装表面上，使得电子设备被流体容器中的液体冷却剂冷却。

5、需要用于半导体模块的改进的冷却组件，该冷却组件易于制造和组装，重量轻，并允许对功率半导体管芯的有效冷却。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种功率模块，其包括具有带集成冷却结构的金属基板的至少一个半导体模块。功率模块还包括第一外壳部件和第二外壳部件，第一外壳部件由塑料材料制成，并且围绕金属基板的至少部分模制以与至少一个半导体模块建立形状配合连接，第二外壳部件由塑料材料制成，并且连结到第一外壳部件以形成用于冷却剂的空腔，以便冷却至少一个半导体模块的集成冷却结构。在上述功率模块中，不需要额外的部件将至少一个半导体模块附接到冷却剂外壳上并引导冷却剂围绕集成冷却结构流动。这使得制造工艺更简单，并且零件数量更少。此外，塑料材料的使用还导致组件的重量特别轻。

2、根据至少一个实施例，第一外壳部件和/或第二外壳部件由纤维增强聚合物材料制成。纤维增强聚合物材料结合了重量轻和强度高，并且适用于许多应用领域，包括水和/或乙二醇基冷却剂。

3、根据至少一个实施例，第一外壳部件和第二外壳部件由塑料焊接接头、粘合剂结合接头或加热材料熔合接头中的至少一个连结。这种接头易于制造，并且防止冷却剂从冷却组件泄漏。同时，由两个不同的外壳部件制造冷却组件允许提供相对复杂的外壳结构。

4、根据至少一个实施例，第一外壳部件和/或第二外壳部件包括聚苯硫醚(pps)、聚碳酸酯(pc)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)中的至少一种，其由玻璃纤维增强。上述材料具有阻燃性，能够分别承受高达200℃和140℃的温度，并且与诸如乙二醇的常用冷却剂兼容。

5、根据至少一个实施例，第一外壳部件和/或第二外壳部件是层压碳复合材料部件。例如，第一外壳部件和/或第二外壳部件可以包括预浸渍复合纤维。这种材料强度高、重量轻，并且可以使用诸如釜外复合制造技术的新型加工技术来制造。

6、根据至少一个实施例，至少一个半导体模块包括由模具主体包封的至少一个功率半导体管芯。这允许将常规的半导体模块集成到所公开的功率模块中。

7、根据至少一个实施例，至少一个半导体模块包括至少一个功率半导体管芯和连接到至少一个功率半导体管芯的多个引线，其中，多个引线至少部分地嵌入到第一外壳部件的塑料材料中。将至少一个功率半导体管芯的引线嵌入到第一外壳部分有助于稳定引线，并同时使引线相互绝缘。

8、根据至少一个实施例，功率模块还包括至少一个压接端子，其中，第一外壳部件包括被配置成支撑至少一个压接端子的支撑结构。这种结构有助于在将模块压接到印刷电路板或类似承载衬底时吸收相对大的力。

9、根据至少一个实施例，形状配合连接在至少一个半导体模块的集成冷却结构和第一外壳部件之间形成用于冷却剂的密封。在这种情况下，不需要附加的垫片来密封冷却剂空腔，从而进一步减少了功率模块的部件数量。

10、根据第二方面，公开了一种制造功率模块的方法。该方法包括以下步骤：

11、-将具有带集成冷却结构的金属基板的至少一个半导体模块放置在第一模具中；

12、-使用第一模具由塑料材料模制第一外壳部件，由此在金属基板的至少部分和第一外壳部件的塑料材料之间建立形状配合连接；

13、-由塑料材料模制第二外壳部件；以及

14、-由塑料连结方法将第一外壳部件和第二外壳部件连结以形成用于冷却剂的空腔，以便冷却至少一个半导体模块的集成冷却结构。

15、上述步骤使得能够使用金属嵌件模制工艺制造重量轻的功率模块。

16、根据至少一个实施例，至少一个半导体模块包含至少一个功率半导体管芯，该管芯在至少一个半导体模块被放置在第一模具中之前就被嵌入到模具主体中。这使得能够将独立制造的半导体模块容易地集成到功率模块中。

17、根据至少一个可选的实施例，至少一个半导体模块包括至少一个功率半导体管芯，该功率半导体管芯在第一外壳部件的模制期间被直接嵌入到第一外壳部件的塑料材料中。这种方法进一步减少了制造功率模块所需的加工步骤的数量。

18、如上所述，本公开包括若干方面及其实施例。关于若干方面中的一个方面及其实施例所描述的每个特征也在本文关于其他方面的部分公开，即使相应的特征在特定方面的上下文中没有被明确提及。

技术特征：

1.一种功率模块(101)，包括：

2.根据权利要求1所述的功率模块(101)，其中，所述第一外壳部件(121)和所述第二外壳部件(122)中的至少一个由纤维增强聚合物材料制成。

3.根据权利要求1或2所述的功率模块(101)，其中，所述第一外壳部件(121)和所述第二外壳部件(122)由塑料焊接接头、粘合剂结合接头以及加热材料熔合接头中的至少一个连结。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率模块(101)，其中，所述第一外壳部件(121)和所述第二外壳部件(122)中的至少一个包括聚苯硫醚pps、聚碳酸酯pc以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯abs中的至少一种，其由玻璃纤维增强。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的功率模块(101)，其中，所述第一外壳部件(121)和所述第二外壳部件(122)中的至少一个是层压碳复合材料部件。

6.根据权利要求5中所述的功率模块(101)，其中，所述第一外壳部件(121)和所述第二外壳部件(122)中的至少一个包括预浸渍复合纤维。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率模块(101)，其中，所述至少一个半导体模块(104)包括至少一个功率半导体管芯(112)和连接到所述至少一个功率半导体管芯(112)的多个引线(113)，其中，所述多个引线(113)至少部分地嵌入到所述第一外壳部件(121)的所述塑料材料中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的功率模块(101)，进一步包括至少一个压接端子(129)，其中，所述第一外壳部件(121)包括配置为支撑所述至少一个压接端子的支撑结构(128)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的功率模块(101)，其中，所述形状配合连接在所述至少一个半导体模块(104)的集成冷却结构和所述第一外壳部件(121)之间形成用于所述冷却剂(116)的密封。

10.根据权利要求9中所述的功率模块(101)，其中，存在如下中的至少一者：

11.一种用于制造功率模块(101)的方法，包括

12.根据权利要求11的方法，其中，所述至少一个半导体模块(104)包括至少一个功率半导体管芯(112)，所述功率半导体管芯(112)在所述至少一个半导体模块(104)被放置在所述第一模具中之前被嵌入到模制主体(110)中。

13.根据权利要求11的方法，其中，所述至少一个半导体模块(104)包括至少一个功率半导体管芯(112)，所述功率半导体管芯(112)在所述第一外壳部件(121)的模制期间被直接嵌入到所述第一外壳部件(121)的所述塑料材料中。

14.根据权利要求12或13的方法，其中，所述至少一个半导体模块(104)还包括连接到所述至少一个功率半导体管芯(112)的多个引线(113)，所述引线(113)在所述第一外壳部件的模制期间被至少部分地嵌入到所述塑料材料中。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述第一外壳部件(121)和所述第二外壳部件(122)中的至少一个的所述塑料材料由预浸渍复合纤维制成并由高压釜工艺或基于树脂传递模制或平衡压力流体模制的釜外复合制造工艺形成。

技术总结
本公开涉及一种功率模块(101)，包括具有带集成冷却结构的金属基板(108)的至少一个半导体模块(104)。功率模块(101)还包括：第一外壳部件(121)，其由塑料材料制成且围绕金属基板(108)的至少部分模制以与至少一个半导体模块(104)建立形状配合连接；第二外壳部件(122)，其由塑料材料制成并且连结到第一外壳部件(121)以形成用于冷却剂(116)的空腔，以便冷却至少一个半导体模块(104)的集成冷却结构。本公开进一步涉及一种用于制造功率模块(101)的方法。

技术研发人员：N·帕利克,F·莫恩
受保护的技术使用者：日立能源瑞士股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16