发明内容

本发明基于以下任务，即改进功率电子设备中的模块的性能，使得在大量负载变化的情况下以紧凑的形式持久地确保无干扰的电子作用方式。

根据本发明，该任务通过具有权利要求1的特征的模块来解决。

根据本发明的模块具有载体，优选为陶瓷载体，连接装置布置在所述载体的第一平坦侧上。所述连接装置优选地由铜形成并且代表与外部电流源或电压源的连接。所述连接装置可以形成为线轨或汇流排（BUS-Bar）的形式并且经由金属化区域与所述载体连接。根据本发明，所述连接装置伸展超过所述金属化区域和/或所述载体的几何尺度，即，该连接装置突出超过所述金属化区域和/或载体。换句话说，所述连接装置在至少一个部位处在侧向方向上突出超过所述载体和/或所述金属化区域。部位可以理解为位置和/或区域，例如侧面，和/或侧面的部分区域和/或外周的片段/区域。如果所述载体和/或所述金属化区域具有例如尺寸为LxBxH的长方体形式，则根据本发明，所述连接装置有区域或片段布置在该长方体之外。这意味着所述连接装置的第一端布置在所述载体和/或所述金属化区域的外部，而所述连接装置的第二端布置在所述载体和/或所述金属化区域的第一平坦侧的区域中。

所述连接装置借助于金属化部与所述载体材料适配地（stoffschlüssig）连接。为了保证所述载体和所述连接装置之间的牢固连接，已经令人惊讶地确定，所述连接装置仅在部分区域中借助于金属化部与所述载体连接就足够了。为了实现可靠的作用方式，所述连接装置的大约66%的基面积借助于金属化部与所述载体连接就足够了。这意味着所述连接装置的大约33%的基面积布置在所述载体、所述功率模块之外或所述金属化区域之外，并相对于所述载体和/或金属化区域形成突出部。换句话说，如果所述连接装置形成LxBxH的长方体形式，则当所述连接装置的由LxB得到的66%的基面积与所述载体连接时，连接装置和载体之间的牢固连接得到保证。合适的连接过程是AMB。在所述突出部的区域中，所述连接装置可以抵靠在所述载体上并在热膨胀的情况下在所述载体上滑动。

所述连接装置在其第一端处具有至少一个接触元件，所述电流源或电压源可以连接到该接触元件。所述接触元件可以形成为所述连接装置的延长部并且于是布置在与所述连接装置相同的平面中。由此用于固定馈电线的钎焊或焊接过程热远离载体地进行。由此减少了功率源的固定过程对所述模块的影响，理想情况下完全避免功率源的固定过程对所述模块的影响。

在替代的实施例中，所述接触元件可以与所述连接装置有角度地形成。接触元件和连接装置于是例如具有L形状。其他形状，例如U形状、T形状等也是可能的，这取决于电源和电压源的连接装置。

可以在所述连接装置的第一端和第二端之间设置膨胀装置形式的热释放区。至少一个膨胀装置可以布置在所述载体和/或所述金属化区域之外，优选地与所述载体和/或所述金属化区域直接相邻。所述膨胀装置补偿所述连接装置和所述载体和/或电子部件（例如芯片）下方的加热金属化部之间的热膨胀差异。由此，减小、优选地完全避免了由于放热而引起的功率模块的机械负荷。

所述膨胀装置可以是所述连接装置的集成部分并且可以被构造为例如弯曲或有角的片段、卷边、倒圆、弯曲等的形式。所述膨胀装置的横截面可以等于或小于所述连接装置的横截面。

在一种特殊的实施方式中，所述膨胀装置的横截面可以小于所述连接装置的横截面。由此提高了所述膨胀装置的柔性。所述膨胀装置还可以具有一个或多个凹口。凹口可以形成为具有底部的开口的形式或通孔的形式。如果所述膨胀装置包括布置成一排的多个通孔，则所述膨胀装置被构造为穿孔的形式。

凹口或开口的形状可以任意形成，例如圆形或方形或矩形或这些形状的组合。所述连接装置可以在其与所述载体连接之前具有所述膨胀装置。

无论所述膨胀装置的形状如何，都可以在整个宽度上延伸，或者替代地仅在所述连接装置宽度的部分区域上延伸。所述膨胀装置的构造与功率馈送期间的放热适配。所述膨胀装置补偿了所述连接装置的伸展并因此增加了根据本发明的模块的使用寿命。

由于所述连接装置在至少一个部位上侧向地或有角度地突出超过所述金属化区域，在该区域中没有固定在所述载体上并且具有用于馈电线的接触元件，简化了外部电流引线到所述模块的连接。费力地制造的接合过程不再需要，并且可以被省去。附加地，由此避免了电流引线上的寄生电感。根据本发明的将功率馈送到所述模块中的直接连接可能性的另一个优点是由此减小了建造高度。省去了现有技术所需的弯曲接合线。因此，将高功率电路的建造高度减小了接合线在电子组件上的伸展。功率电子设备的小型化、更低的建造高度是在功率电子设备中开发组件的一个持续挑战。

在根据本发明的一种实施方式中，所述连接装置在至少一个部位处侧向地或有角度地突出超过所述金属化区域并且具有未突出超过所述载体的接触元件。这意味着，在该实施方式中所述连接装置位于所述载体的区域中，但在部分区域中没有固定在所述载体上，例如以材料适配的方式连接。然而，所述连接装置可以抵靠在所述载体上并在热膨胀时在所述载体上滑动。该特殊的实施方式适用于其中侧向地在所述载体旁也只有很小的空间可用的应用。

在一种替代实施方式中，所述连接装置可以在界定所述连接装置的所有侧面上，即在整个外周上都突出超过所述金属化区域，并且仍然布置在所述载体的尺寸内。

术语“电子组件”包括所有有源和无源的电气或电子元件或部件和/或元件或部件的一部分，例如导体线路、接合线、电压源、开关、电阻器、电容器、线圈、二极管、致动器、传感器、IC（集成电路）芯片、SiC芯片、晶体管等。该电子组件列表应当表明在本出版物的意义上，所有可用的电气或电子部件均应视为电子组件。该列表并不声称是详尽无遗的。

电子组件具有金属化区域形式的接触部位，可以借助于所述接触部位与例如所述连接装置和/或如上定义的其他电子组件的连接。这些接触部位是所述电子组件的一部分，是金属的并且是导电的，并且使得所述电子组件能够在功能上结合到电路中。在一种优选设计中，所述接触部位，即所述金属化区域可以被构造为由Ag、Au、Sn和/或SAC焊料制成的涂层。由此可以确保与电路的其他组件的材料适配的导电连接。

所述连接装置优选地由铜制成。在一种设计中，将至少一个导电涂层，即接触部位，即金属化区域施加到所述连接装置上。所述金属化区域，即所述接触部位，是所述连接装置的组成部分，并以材料适配的方式与所述连接装置连接。所述涂层优选地选自Ag、Au、Sn和/或SAC焊料。

在一种优选设计中，所述连接装置由纯度为≥99%、优选≥99.9%并且特别优选≥99.99%的铜制成。在一种特别优选的设计中，将低氧和/或低磷的铜用于所述连接装置。

根据本发明，将至少一个电子组件直接施加到所述连接装置上，即该电子组件的接触部位与所述连接装置的接触部位以材料适配的方式直接电气连接。在此，在连接所述电子组件时，所述连接装置的涂层的金属和/或材料，即所述连接装置的接触部位与所述电子组件的接触部位涂层的金属和/或材料发生反应。产生材料适配的、机械的和/或电气的连接。在这些电子组件和所述连接装置之间没有诸如接合线的连接装置。在该背景下，直接连接意味着两个部分，例如电子组件与连接装置，被布置为以直接接触的方式彼此作用连接。不需要额外的电气连接装置。通过取消额外的装置，一方面可以节省这些装置，附加地还可以节省连接这些装置所需的过程，例如钎焊、焊接等。消除额外的装置和过程减少了两个组件之间的过渡，通过所述过渡产生诸如电感的损耗功率。这种布置的效率和使用寿命增加，并且制造成本和产品成本降低。

通过所述连接装置和所述电子组件之间的直接连接，电路的这些部分可以布置在一个平面中，由此避免或最小化了各个部分相对于彼此的垂直偏移。电气组件相对于连接装置的偏移以及它们经由接合线或其他线连接的电气连接通常导致电子信号干扰，这些电子信号干扰产生损耗功率，因此应当加以避免。根据本发明的布置避免了这些缺点。

可以用不导电的物质(例如，现有技术中已知的硅物质)来封装根据本发明的模块以防止外部影响，通向外部的接触装置除外。

根据模块的应用选择本身已知的固定方法。例如，外部功率源通过诸如钎焊、夹紧、压接、拧紧的固定方式与接触元件电气连接。也可以使用插接连接。

所述电气绝缘载体优选是经过烧结的陶瓷。氧化铝或氮化铝陶瓷非常适合于制造高质量且使用寿命长的功率模块。氧化铝或氮化铝陶瓷的特点是其优异的导热性和电气绝缘特性。

为了冷却所述模块，所述载体优选地具有冷却装置。所述冷却装置可以例如以用于空气冷却的翅片的形式布置在所述载体的第二平坦侧上。为了优化所述翅片与所述载体的热耦合，将所述翅片优选与所述载体一体地连接。换言之，所述冷却装置和所述载体形成一个部件并且一起制造。冷却装置和载体之间不存在分隔线。

所述载体还可以具有通道形式的至少一个空腔。该通道于是形成由流体（气体、水、空气等）流过的冷却装置，由此可以冷却所述模块。于是所述模块是流体冷却体或经过流体冷却的模块。

所述连接装置优选通过AMB过程与陶瓷载体连接。正是AMB过程使得可以将陶瓷载体连接到连接装置和/或释放区，所述连接装置具有大于0.3mm的材料厚度并且突出超过所述金属化区域和/或载体。在此，在真空或惰性气体气氛中借助于金属焊料合金（即活性焊料）将铜与诸如AlSiC的陶瓷连接。在AMB方法中，优选使用印刷在20-40µm之间的焊膏进行处理，因此可以均匀地润湿表面。已经发现，在小心地应用AMB方法的情况下不会在所述陶瓷和所述连接装置之间形成气孔或空腔。由此可以在陶瓷和连接装置之间制造牢固和可靠的连接。连接装置和陶瓷之间的无空腔连接有利于热传递并且因此有利于借助于冷却装置的散热。由此强烈改进了冷却性能。

所述模块内的电子组件（例如Si/SiC芯片）与所述连接装置的连接可以借助于带，即所谓的“带式接合（Ribbon bonding）”进行。

用于制造根据本发明的模块的根据本发明的方法由方法权利要求13的特征描述。该方法涉及经由馈电线施加了大于1000V的电压和大于100A的电流的模块。电气绝缘载体经由金属化区域与材料厚度大于0.3mm的连接装置连接。由于所述连接装置在至少一个部位处侧向地或有角度地至少突出超过所述金属化区域和/或所述载体，并且具有至少一个接触元件，因此对于从外部向所述模块的电流输送不再需要接合过程。由此避免了寄生电感。附加地，可以减小或降低高功率电路的建造高度。不再需要接合线弧形地在所述电子组件上伸展。所述连接装置借助于接触元件与功率源连接。

优选使用经过烧结的陶瓷作为电气绝缘载体，并且通过AMB过程将所述连接装置固定在所述载体的金属化区域上。在描述高功率电路的根据本发明的模块时已经详细描述了AMB方法的优点。

本发明涉及一种电子高功率模块或其模块，其中经由馈电线施加大于1000V的电压和大于100A的电流，所述模块具有电气绝缘载体，在该电气绝缘载体上经由金属化区域固定了具有大于0.3mm的材料厚度的连接装置并且在该电气绝缘载体上布置有电子组件，所述电子元件根据需要与所述连接装置电气连接。

为了从外部直接向所述模块、向所述连接装置输送电流并因此省去现有技术中惯用的接合过程并且由此避免电流引线上的寄生电感，根据本发明提出，所述连接装置在至少一个部位处侧向地或有角度地至少突出超过所述金属化区域，所述连接装置在该突出部中不固定在所述载体上并且具有用于所述馈电线的接触装置。