Polovodičový modul

0001 Vynález sa týka polovodičového modulu podľa podstatného znaku nároku 1.N 002 Takýto polovodičový modul je napríklad známy z DE 10 2004 021 927 A 1. Pritom sú na podložke umiestnené výkonové polovodiče obklopené z polymérového materiálu vyrobenou schránkou. Pôvodné polymérové materiály, používané na výrobu takejto schránky, majú malú tepelnú vodivosť a malú stálosť pri vyššej teplote. Okrem toho sú opatrené prímesami spomaľujúcimi horenie, ktoré môžu hlavne za pôsobenia vlhkosti spôsobiť poškodenie polovodičového modulu.0003 Schránka je bežne aspoň čiastočne vyplnená elektricky izolačnou zalievacou látkou. Táto zalievacia látka slúži odhliadnuc od elektrickej izolácie polovodičových konštrukčných prvkov - na jednej strane na upevnenie schránky na podložke a na druhej strane na odvádzanie z polovodičových konštrukčných prvkov pri prevádzke vznikajúceho tepla do schránky a z nej do okolia. Pri pôvodnom polovodičovom module nie je odvádzanie tepla prostredníctvom zalievacej látky a schránky zvlášť vysoké. 0004 Z US 6,319,740 B 1 je známy multičipový modul s nepriehľadným, najmä Viacvrstvovýnl povlakom, aby sa primárne zabránilo vizuálnej prehliadke spínacieho obvodu. Na to je prvý povlak vytvorený v tvare keramického nánosu. Ďalšie vrstvy povlaku môžu napríklad doplnkovo prevziať funkcie odrušenia. 0005 Ďalej je napríklad z US 5,436,084 známe uskutočnenie keramických povlakových hmôt vo vrstve menšej ako pol milimetra,ktorá slúži na pokrytie podložiek a pritom plni viac funkcií. 0006 Úlohou vynálezu je odstránenie nevýhod podľa stavu techniky. Má uviesť najmä polovodičový modul so zlepšeným odvodom tepla. Podľa ďalšieho cieľa vynálezu má zvýšiť výkon0007 Táto úloha je splnená znakmi nároku 1. Účelné rozpracovanie vynálezu vyplýva zo znakov nárokov 2 až 7.0008 Podľa údajov vynálezu sa predpokladá, že polymérový materiál má základnú fázu vytvorenú z prekeramického polyméru. Polymérový materiál navrhnutý podľa vynálezu má podstatne zlepšenú tepelnú vodivosť A. Okrem toho je mimoriadne teplotne stabilný. Navrhnutý polovodičový modul možno prevádzkovať pri teplote do 300 °C. Pri navrhnutom polymérovom materiáli sa možnozaobísť aj bez prímesí na spomalenie horenia. Môže sa takpredísť nevýhodám stavu techniky, spôsobených takýmito prímesami. 0009 V zmysle predloženého vynálezu sa pod pojmom podložkarozumie elektricky izolačný materiál napríklad V tvare dosky,ktorý je opatrený vodivými dráhami. Na tom môže byť namontovaný najmenej jeden polovodičový konštrukčný prvok a to napríklad spájkovaním, lepením alebo podobne. Kvôli ochrane takto na podložku umiestneného konštrukčného prvku je tento obklopený schránkou. Pritom môže napríklad podložka tvoriť dno schránky,to znamená, že schránka teda nemusí polovodičový konštrukčný prvok obklopovať zo všetkých strán.0010 Pod pojmom prekeramický polymér sa rozumie polymér,ktorý napríklad so zvyšujúcou sa teplotou prechádza najprv do gélového stavu a následne do duroplastického stavu. V duroplastickom stave má prekeramický polymér spravidla teplotnú stálosť do 300 °C. Pri ďalšom zvyšovaní teploty sa môžu 2 prekeramických polymérov vytvoriť keramické materiály. K prekeramickým materiálom patria napríklad polysilány,polykarbosilány a polyorganosilizány.0011 Podľa jedného výhodného stvárnenia je medzipriestor medzi polovodičovým konštrukčným prvkom a tento polovodičový konštrukčný prvok obklopujúcou schránkou aspoň čiastočne vyplnený zalievacou látkou, ktorá má z ďalšieho prekeramického polyméru vytvorenú základnú fázu. Pritom môže byť tento dalšíTým, že miesto pôvodnej zalievacej látky sa teraz používa zalievacia látka s ďalším prekeramickým polymérom, môže byť obzvlášť efektívny odvod tepla 2 polovodičového konštrukčného prvku do schránky a z nej do okolia. Tento další prekeramický polymér napríklad možno po zaliatí dostať do gélového alebo duroplastického stavu tepelným spracovaním. Takto možno schránku pevne spojiť s podložkou a s polovodičovým konštrukčným prvkom. 0012 Podľa ďalšieho výhodného uskutočnenia sa predpokladá,že prekeramický polymér a/alebo další prekeramický polymér je doplnený plnivom pri stupni plnenia do 80 objemových. Tým sa môže zvýšiť tepelná vodivosť a viskozita.0013 V prípade plniva ide vhodne o prášok vytvorený z keramického materiálu so strednou veľkosťou zrna V rozsahu 0,5 až 500 m. Navrhnutý keramický materiál je prevažne inertný. Jeho stav nespôsobuje nežiaduce chemické reakcie. Navrhnutá stredná veľkosť zrna umožňuje výrobu schránky obvyklou technikou liatia, napríklad vstrekovaním do vyhriatej formy.0014 Tepelná vodivosť A keramického materiálu je pri teplote v miestnosti výhodne väčšia ako 10 W/mK, najmä väčšia ako 20 W/mK. Podľa stupňa plnenia sa tým podarí zvýšiť tepelnú vodivosť prekeramíckého polyméru, resp. dalšieho prekeramického materiálu doplneného keramickým materiálom na hodnotu nad 2 W/mK. Tým sa hodí navrhnutý materiál najmä na výrobu výkonového polovodičového modulu, ktorý je V prevádzke vystavený relatívne vysokej teplote.0015 Keramický materiál je výhodne zvolený z nasledujúcich skupín BN, SiC, Si 3 N 4, AIN, steatit, kordierit. Navrhnutá materiály sa vyznačujú vysokou tepelnou vodivosťou.0016 Okrem toho sa ukázalo ako výhodné vyberať prekeramický polymér a/alebo další prekeramický polymér 2 nasledujúcich skupín polysiloxány, polysilazány, polykarbosilány. Výhodne ide v prípade prekeramického materiálu a ďalšieho prekeramickéhotoho sa tým dá Vytvoriť obzvlášť dobré spojenie medzi schránkoua zalievacou látkou. 0017 V ďalšom bude príklad uskutočnenia vynálezu bližšie vysvetlený pomocou jediného obrázka.0018 Obrázok schematicky znázorňuje priečny rez polovodičovým modulom. Na elektricky izolačnej podložke 1,napríklad DCB-podložke je prostredníctvom spájkovaných spojov namontovaných viac polovodičových konštrukčných prvkov 2,napríklad výkonové polovodiče ako diódy, tyristory, prvky IGBT,MOSFET alebo senzorové konštrukčné prvky. Tieto polovodičové konštrukčné prvky 2 sú obklopené schránkou 3. Vzťahovou značkou 4 je označená zalievacia látka (kompound), ktorá prekrýva polovodičové konštrukčné prvky 2 a podložku 1 a svojim obvodom hraničí s obklopujúcou schránkou. Takto usporiadaný polovodičový modul H je prostredníctvom tepelne vodivej pasty 5 namontovaný na chladič 6.0019 Schránka je vytvorená z prekeramického polyméru,napríklad polysiloxánu, ktorý je plnený plnivom V pomere približne 50 až 75 objemových. V pripade plniva je vhodný SiCprášok so strednou veľkosťou zrna v rozsahu od 1 do 10 m. Toto plnivo je vmiešané do v duroplastickom tvare sa nachádzajúceho prekeramického polyméru a prepožičiava mu vynikajúci tepelnú vodivosť vyše 10 W/mK.0020 zalievacia látka 4 je výhodne vytvorená z nejakého ďalšieho prekeramického polyméru. Aj pritom môže ísť o polysiloxán, ktorý je plnený (stupeň plnenia 50 až 60 objemových) nejakým plnivom. V prípade plniva môže ísť znova o SiC-prášok, ktorého stredná veľkosť zrna je napriklad v rozsahu 1 až 5 m. Aby sa zabezpečila podľa možnosti nízka viskozita zalievacej látky 4 počas zalievania, volí sa vo všeobecnosti menší stupeň plnenia a/alebo menšia stredná veľkosť zrna plniva, ako pri výrobe schránky 3 používaného prekeramického polymérového systému. Táto zalievacia látka 4 sapo zaliatí vhodným spôsobom privedie do duroplastického stavu,