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WO2019042653A1 - Schaltungsträger für leistungselektronik und leistungselektronikmodul mit einem schaltungsträger - Google Patents

Schaltungsträger für leistungselektronik und leistungselektronikmodul mit einem schaltungsträger Download PDF

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WO2019042653A1
WO2019042653A1 PCT/EP2018/069481 EP2018069481W WO2019042653A1 WO 2019042653 A1 WO2019042653 A1 WO 2019042653A1 EP 2018069481 W EP2018069481 W EP 2018069481W WO 2019042653 A1 WO2019042653 A1 WO 2019042653A1
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WO
WIPO (PCT)
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circuit carrier
edge
heat transfer
transfer surface
circuit
Prior art date
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Application number
PCT/EP2018/069481
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Kircher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
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Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a circuit carrier, esp. A ceramic substrate, for power electronics and a power electronics module with a said circuit carrier or a ceramic substrate.
  • Power electronic modules or power electronics modules generally have a configuration technique in which Leis ⁇ consumer electronics devices, such as power semi ⁇ conductor switch, on a circuit carrier, in particular a ceramic substrate, and connected on the circuit carrier in the run formed conductor tracks are electrically and thermally connected.
  • the power semiconductor components are usually arranged on a surface, that is to say a component surface, of the circuit carrier.
  • a further, facing away from the loading ⁇ Deutschungsober Design surface of the circuit substrate is used for thermal contact with the circuit carrier to a heat sink or. a cooler. This further surface is thus hereinafter called the heat transfer surface.
  • the thermal connection between the circuit carrier and the heat sink is usually produced by means of a solder layer and / or a thermally conductive and electrically insulating insulating layer as a connecting layer.
  • connection layer eg, solder layer
  • connection layer e.g, solder layer
  • the object of the present invention to make a power electronics module with respect to the thermal load ⁇ stable loads .
  • a circuit carrier that is a carrier and also an electrical insulator esp.
  • a ceramic substrate for power electronics provides ensurege ⁇ .
  • the circuit carrier has, on a first side, a usually broadly expanded component surface which serves for equipping power electronics components or for forming an electrical circuit.
  • the circuit carrier comprises on a second, the first side facing away from a heat transfer surface, which for thermal (or physical) contacting the
  • Circuit carrier with a heat sink esp. A cooler
  • the circuit carrier also comprises at least one side surface between the first and the second side or between the component surface and the heat transfer surface. At least the longest of the at least one side surface (or the side surface with the longest edge to the heat transfer surface) to the mounting surface and the heat transfer surface is made oblique. The side surface thus extends from the edge to the mounting surface to the respective edge to the heat transfer surface in one
  • the circuit carrier further has a thickness that tapers from a first edge between the placement surface and the longest side surface to a second edge between the heat transfer surface and the longest side surface.
  • the second edge is the aforementioned longest edge to the heat transfer surface of the longest of the at least three side surfaces.
  • the circuit carrier is a carrier for (power) electrical or. (Power) electronic components, which serves the mechanical fastening of these components.
  • the circuit carrier of the electrical insulation of the components of non-electric or non-electronic j edoch electrically conductive components, such.
  • metallic housing parts or metallic heat sinks as well as the electrical insulation of the (mechanically mounted on the circuit board) components of external electrical components.
  • the circuit carrier serves the
  • the circuit carriers include z. B. PCBs (with or without adhering conductive connections (tracks)), ceramic substrates (as good heat transferors), esp. DBC substrates (in English "Direct Bonded Copper Sub ⁇ strat").
  • circuit carrier or the component surface and / or the heat transfer surface in its / their plan view have a circular, elliptical or the like shape with a the mounting surface or the heat ⁇ tragungsober Assembly circumferential edge without corners, so has the circuit support one side face on which similar to a wall section of a round or partially round (ie, for example, funnel with a square inlet opening and a round
  • Outlet opening or funnel with a square inlet opening and a circular outlet opening
  • funnel is formed, which is cut between two mutually parallel and perpendicular to the central axis of the funnel extending planes.
  • this single side surface is oblique to the mounting surface and the heat transfer surface.
  • the circuit carrier has three or more side surfaces, the longest of all side surfaces being oblique to the mounting surface and the heat transfer surface lies.
  • the circuit carrier is a body which is enclosed by the mounting surface, the heat transfer surface and one or more side surfaces and edges between these surfaces.
  • the invention is based on the idea that the fatigue fractures occurring in the connection layer (usually a solder layer) between the circuit carrier (or the ceramic substrate) and the heat sink (or the cooler) are effective by reducing shear stresses between the circuit carrier and the heat sink can be reduced.
  • the objective of the invention was to reduce the mechanical stresses in the edge regions of the connecting layer and thus the
  • Adjacent edge regions of the circuit substrate is provided in the invention, the edge regions of the circuit substrate in such a way that the mechanical stresses in the
  • Edge regions of the connection layer can be compensated or reduced.
  • the Thickness or tapering from the first edge to the second edge Layer thickness and thus in the cross section has a shape of a wedge.
  • connection layer Due to the wedge - shaped design of the region at the edge of the circuit carrier, it can partially absorb the shear stresses in the connection layer between the circuit carrier and the heat sink. compensate. As a result, the connection layer is subjected to less stress even in the case of thermal alternating loads in the power electronics modules, which in turn reduces the fatigue in the connection layer.
  • the longest side surface is concave. Esp. All side surfaces are concave. That is, the longest side surface or all side surfaces are curved inward toward the heat transfer surface.
  • the thickness of the circuit substrate tapers step-wise from the first edge to the second edge.
  • the circuit carrier comprises at least three side surfaces.
  • all the side surfaces to the pick and place ⁇ surface and the heat transfer surface are obliquely ⁇ leads.
  • the circuit carrier thus has a thickness which to respective corresponding edges between the heat transfer surface and the ent ⁇ speaking corresponding side surfaces tapering from all edges between the mounting surface and the respective side surfaces.
  • the second edge has a non-straight (or non-linear) contour for extending the edge length. Esp. all edges between the heat transfer surface and the respective side surfaces on a non-straight contour to extend the respective edge lengths.
  • the second edge is zigzag-shaped or sawtooth-shaped. Esp. all edges are zigzag-shaped or saw ⁇ tooth-shaped.
  • the second edge is, for example, rectangular shaped similar to a course of a rectangular signal. Esp. All edges are rectangular shaped similar to a course of a rectangular signal.
  • the corners of the zigzag, sawtooth or rectangular edge portions may be rounded.
  • the second edge is, for example, wave-shaped, meander-shaped or sinusoidal. Esp. all edges are wavy, meandering or sinusoidal.
  • the circuit carrier has, for example, a region for compensating
  • the at least one recess is formed as a passage hole.
  • a power electronics module is provided.
  • the power electronics module comprises a circuit carrier described above, the component surface is equipped with Lei ⁇ tungselektronikbaumaschinen.
  • the power electronics module further comprises a heat sink, in particular a cooler, which has a thermally conductive contact surface.
  • the circuit carrier via the heat transfer surface on the contact surface of the heat ⁇ sink or the radiator is arranged and connected to the heat sink and the radiator physically and thermally conductive.
  • Power electronics module transferable to view as advantageous embodiments of the power electronics module.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a power electronics module having a circuit carrier according to an embodiment of the invention; in an oblique plan view of the circuit carrier of Figure 1; in a schematic plan view of a portion of a circuit carrier according to a wei ⁇ n embodiment of the invention; and in a further schematic plan view a portion of a circuit carrier according to yet another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional representation of a power electronics module LM with a circuit carrier ST according to an embodiment of the invention.
  • the power electronics module LM includes, in addition to the scarf ⁇ tion carrier ST still a cooler KL.
  • the circuit carrier ST has a mounting surface BF, on which a copper layer KS1 is applied, which are patterned into conductor tracks.
  • a copper layer KS1 is applied, which are patterned into conductor tracks.
  • Circuit carrier ST by means of another solder layer LS with the radiator KL or with a contact surface KF of the radiator KL surface physically and thermally conductively connected.
  • the circuit carrier ST further has side surfaces SF, which are formed circumferentially between the mounting surface BF and the réelleübertra ⁇ tion surface WF the circuit carrier ST.
  • the side surfaces SF to the mounting surface BF and the heat transfer surface WF obliquely and in the direction of the center of the circuit substrate ST and the heat transfer ⁇ surface WF out concave (with a predetermined radius of curvature) is formed.
  • the circuit carrier ST has a thickness or a layer thickness which tapers from respective first edges KT1 between the component surface BF and the respective corresponding side surfaces SF to respective corresponding second edges KT2 between the heat transfer surface WF and the respective corresponding side surfaces SF. Due to the oblique design of the side surfaces SF has the
  • FIG. 2 shows an oblique bird's eye view of the circuit carrier ST from FIG. 1.
  • the circuit carrier ST has, in the shear stress compensation areas SB, in each case a number of through holes DL, which are spatially offset in the respective shear stress compensation ranges SB from each other both in the longitudinal direction and in the transverse direction of the respective shear stress compensation regions SB. These through-holes DL ⁇ the shear stresses caused by thermal cycling stresses in addition reduce.
  • 3 shows a schematic plan view of a section of a circuit carrier ST according to a further embodiment of the invention.
  • the circuit carrier ST in FIG. 3 differs from the circuit carrier in FIG. 2 in that the second edges KT2 between the respective side surfaces SF and the heat transfer surface WF have a wave-shaped profile for lengthening the edge length.
  • FIG. 4 shows a further plan view of a section of a circuit carrier according to yet another embodiment of the invention.
  • the circuit carrier ST in FIG. 4 differs from the circuit carrier in FIG. 3 in that its second edges KT2 between the respective side surfaces SF and the heat transfer surface WF have a zigzag-shaped or rectangular course instead of a wave-shaped course.
  • the wave-shaped or zigzag-shaped or rectangular-shaped second edge KT2 like the previously described through-holes DL, additionally reduces the shear stresses produced by thermal alternating loads.

Landscapes

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Abstract

Offenbart wird ein Schaltungsträger (ST), insb. ein Keramiksubstrat, für Leistungselektronik, umfassend: eine Bestückungsoberfläche (BF) zum Bestücken von Leistungselektronikbauelementen (LE); - eine von der Bestückungsoberfläche (BF) abgewandt liegende Wärmeübertragungsoberfläche (WF) zur thermischen Kontaktierung des Schaltungsträgers (ST) mit einer Wärmesenke, insb. einem Kühler (KL); mindestens eine Seitenfläche (SF) zwischen der Bestückungsoberfläche (BF) und der Wärmeübertragungsoberfläche (WF); wobei die Längste der mindestens einen Seitenfläche (SF) zu der Bestückungsoberfläche (BF) und der Wärmeübertragungsoberfläche (WF) schräg ausgeführt ist; und - der Schaltungsträger eine von einer ersten Kante (KT1) zwischen der Bestückungsoberfläche (BF) und der längsten Seitenfläche (SF) zu einer zweiten Kante (KT2) zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche (WF) und der längsten Seitenfläche (SF) hin sich verjüngende Dicke aufweist.

Description

Beschreibung
Schaltungsträger für Leistungselektronik und Leistungselektronikmodul mit einem Schaltungsträger
Technisches Gebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltungsträger, insb. ein Keramiksubstrat, für Leistungselektronik sowie ein Leis- tungselektronikmodul mit einem genannten Schaltungsträger bzw. einem genannten Keramiksubstrat.
Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung: Leistungselektronikmodule bzw. Leistungselektronikmodule weisen in der Regel eine Aufbautechnik auf, bei der Leis¬ tungselektronikbauelemente, wie zum Beispiel Leistungshalb¬ leiterschalter, auf einem Schaltungsträger, insb. einem Keramiksubstrat, angeordnet und mit auf dem Schaltungsträger im Vorfeld ausgebildeten Leiterbahnen elektrisch und thermisch verbunden sind. Dabei sind die Leistungshalbleiterbauelemente meistens auf einer Oberfläche, also einer Bestückungsoberfläche, des Schaltungsträgers angeordnet. Eine weitere, von der Be¬ stückungsoberfläche abgewandte Oberfläche des Schaltungsträgers dient zur thermischen Kontaktierung des Schaltungsträgers zu einer Wärmesenke bzw . einem Kühler. Diese weitere Oberfläche wird somit nachfolgend Wärmeübertragungsoberfläche genannt. Die thermische Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und der Wärmesenke wird in der Regel mittels einer Lötschicht und/oder einer thermisch leitenden und elektrisch isolierenden Isolierschicht als Verbindungsschicht hergestellt.
Durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe des Schaltungsträgers (bzw. des Keramiksubstrats) und der Wärmesenke (bzw. des Kühlers) kommt es oft zu hohen
Schubspannungen in der Verbindungsschicht (bspw. Lötschicht) durch verschiedene Wärmeausdehnungen des Schaltungsträgers und der Wärmesenke. Dies führt wiederum bei thermischen Wechsel- belastungen bei den Leistungselektronikmodulen zur Ermüdung in der Verbindungsschicht, was wiederum zu Ausfällen der Leis¬ tungselektronikmodule führen kann.
Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungselektronikmodul gegenüber den thermischen Wechsel¬ belastungen stabiler zu machen.
Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un- teransprüche .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schaltungs¬ träger, also ein Träger und zugleich ein elektrischer Isolator, insb. ein Keramiksubstrat, für Leistungselektronik bereitge¬ stellt.
Der Schaltungsträger weist auf einer ersten Seite eine in der Regel flächig ausgedehnte Bestückungsoberfläche, welche zum Bestücken von Leistungselektronikbauelementen bzw. zum Ausbilden einer elektrischen Schaltung dient.
Der Schaltungsträger umfasst auf einer zweiten, der ersten Seite abgewandten Seite eine Wärmeübertragungsoberfläche, welche zur thermischen (bzw. auch körperlichen) Kontaktierung des
Schaltungsträgers mit einer Wärmesenke, insb. einem Kühler, dient . Der Schaltungsträger umfasst zudem mindestens eine Seitenfläche zwischen der ersten und der zweiten Seite bzw. zwischen der Bestückungsoberfläche und der Wärmeübertragungsoberfläche. Dabei ist zumindest die Längste der mindestens einen Seitenfläche (bzw. die Seitenfläche mit der längsten Kante zur Wärmeübertragungsoberfläche) zu der Bestückungsoberfläche und der Wärmeübertragungsoberfläche schräg ausgeführt. Die Seitenfläche verläuft somit von der Kante zur Bestückungsoberfläche zur betreffenden Kante zur Wärmeübertragungsoberfläche in einer
Richtung, welche von der Senkrechten der Bestückungsoberfläche und/oder der Wärmeübertragungsoberfläche abweicht. Das heißt, die längste Seitenfläche liegt schräg zu der Bestückungs¬ oberfläche und der Wärmeübertragungsoberfläche.
Der Schaltungsträger weist ferner eine Dicke (bzw. Stärke) auf, welche sich von einer ersten Kante zwischen der Bestückungsoberfläche und der längsten Seitenfläche zu einer zweiten Kante zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche und der längsten Seitenfläche hin verjüngt. Dabei ist die zweite Kante die zuvor genannte längste Kante zur Wärmeübertragungsoberfläche der Längste der mindestens drei Seitenflächen.
Hierbei ist der Schaltungsträger ein Träger für (leis- tungs- ) elektrische bzw . (leistungs-) elektronische Bauelemente, der der mechanischen Befestigung dieser Bauelemente dient. Zudem dient der Schaltungsträger der elektrischen Isolation der Bauelemente von nichtelektrischen bzw. nichtelektronischen j edoch elektrisch leitenden Bauteilen, wie z . B. von metallischen Gehäuseteilen oder metallischen Kühlkörpern, sowie der elektrischen Isolation der (auf dem Schaltungsträger mechanisch befestigten) Bauelemente von externen elektrischen Bauelementen. Darüber hinaus dient der Schaltungsträger der
elektrischen Verbindung der Bauelemente miteinander, sofern er mit Leiterbahnen oder vergleichbaren elektrischen Verbindungen versehen ist. Zu den Schaltungsträgern gehören z. B. Leiterplatten (ohne oder mit daran haftenden, leitenden Verbindungen (Leiterbahnen) ) , Keramiksubstrate (als gute Wärmeüberträger) , insb. DBC-Substrate (auf Englisch „Direct Bonded Copper Sub¬ strat") .
Weisen der Schaltungsträger bzw. die Bestückungsoberfläche und/oder die Wärmeübertragungsoberfläche in dessen/deren Draufsicht eine kreisrunde, ellipsenförmige oder dergleichen Form mit einer die Bestückungsoberfläche bzw. die Wärmeüber¬ tragungsoberfläche umlaufende Kante ohne Ecken auf, so weist der Schaltungsträger eine einzige Seitenfläche auf, welche ähnlich einem Wandabschnitt eines runden oder teilrunden (also bspw. Trichter mit einer eckigen Einlassöffnung und einer runden
Auslassöffnung, oder Trichter mit einer eckigen Einlassöffnung und einer runden Auslassöffnung) Trichters geformt ist, welcher zwischen zwei zueinander parallel und senkrecht zur Mittelachse des Trichters verlaufenden Ebenen geschnitten ist. Damit liegt diese einzige Seitenfläche schräg zu der Bestückungsoberfläche und der Wärmeübertragungsoberfläche.
Weisen der Schaltungsträger bzw. die Bestückungsoberfläche und die Wärmeübertragungsoberfläche in dessen/deren Draufsicht eine drei- oder mehreckige Form mit drei oder mehr Kanten auf, so weist der Schaltungsträger drei oder mehr Seitenflächen auf, wobei die Längste aller Seitenflächen schräg zu der Bestückungsoberfläche und der Wärmeübertragungsoberfläche liegt. Damit ist der Schaltungsträger ein Körper, der von der Bestückungsoberfläche, der Wärmeübertragungsoberfläche und einer oder mehreren Seitenflächen sowie Kanten zwischen diesen Flächen umschlossen bzw. begrenzt ist. Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass die in der Verbindungsschicht (in der Regel eine Lötschicht) zwischen dem Schaltungsträger (bzw. dem Keramiksubstrat) und der Wärmesenke (bzw. dem Kühler) auftretenden Ermüdungsbrüche durch Reduzieren von Schubspannungen zwischen dem Schaltungsträger und der Wärmesenke wirksam reduziert werden können.
Dabei wurde erkannt, dass die Ermüdungsbrüche am stärksten an Randbereichen der Verbindungsschicht entstehen und sich dann in Richtung zu dem Mittelbereich der Verbindungsschicht fort¬ pflanzen .
Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde im Rahmen der Erfindung zum Ziel gesetzt, die mechanischen Spannungen in den Randbe- reichen der Verbindungsschicht zu reduzieren und somit die
Ermüdungsbrüche in der Verbindungsschicht zu minimieren. Da die Randbereiche der Verbindungsschicht in der Regel an den
Randbereichen des Schaltungsträgers angrenzen, wird im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Randbereiche des Schaltungsträgers derart auszubilden, dass die mechanischen Spannungen in den
Randbereichen der Verbindungsschicht kompensiert bzw. reduziert werden können.
Ausgehend von diesen Erkenntnissen wird der oben genannte Schaltungsträger (bzw. das Keramiksubstrat) für Leistungs¬ elektronik bereitgestellt.
Mit der schräg ausgeführten Seitenfläche zwischen der Bestü¬ ckungsoberfläche und der Wärmeübertragungsoberfläche ist zwischen der ersten Kante (zwischen der Bestückungsoberfläche und der Seitenfläche) und der zweiten Kante (zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche und der Seitenfläche) und somit am Rand des Schaltungsträgers ein Bereich geschaffen, der eine sich von der ersten Kante zur zweiten Kante hin verjüngende Dicke bzw. Schichtstärke und somit in dessen Querschnitt eine Form eines Keils aufweist.
Durch die keilförmige Ausführung des Bereiches am Rand des Schaltungsträgers kann dieser die Schubspannungen in der Verbindungsschicht zwischen dem Schaltungsträger und der Wärmesenke zum Teil aufnehmen bzw . kompensieren. Dadurch wird die Verbindungsschicht auch bei thermischen Wechselbelastungen bei den Leistungselektronikmodulen weniger belastet, was wiederum die Ermüdung in der Verbindungsschicht reduziert.
Dadurch ist die Möglichkeit bereitgestellt, das Leistungs¬ elektronikmodul gegenüber den thermischen Wechselbelastungen stabiler zu machen.
Bspw. ist die längste Seitenfläche konkav ausgebildet. Insb. sind alle Seitenflächen konkav ausgeführt. Das heißt, die längste Seitenfläche bzw. alle Seitenflächen sind nach innen in Richtung zur Wärmeübertragungsoberfläche gewölbt.
Bspw. verjüngt sich die Dicke des Schaltungsträgers von der ersten Kante zu der zweiten Kante hin stufenförmig.
Bspw. umfasst der Schaltungsträger mindestens drei Seiten- flächen. Dabei sind alle Seitenflächen zu der Bestückungs¬ oberfläche und der Wärmeübertragungsoberfläche schräg ausge¬ führt. Der Schaltungsträger weist somit eine Dicke auf, welche von allen Kanten zwischen der Bestückungsoberfläche und den jeweiligen Seitenflächen zu jeweiligen korrespondierenden Kanten zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche und den ent¬ sprechenden korrespondierenden Seitenflächen hin sich verjüngt.
Bspw. weist die zweite Kante eine nicht gerade (bzw. nicht linienförmige) Kontur zur Verlängerung der Kantenlänge auf. Insb. weisen alle Kanten zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche und den jeweiligen Seitenflächen eine nicht gerade Kontur zur Verlängerung der jeweiligen Kantenlängen auf. Bspw. ist die zweite Kante zickzack-förmig oder Sägezahn-förmig geformt. Insb. sind alle Kanten zickzack-förmig oder Säge¬ zahn-förmig geformt.
Alternativ ist die zweite Kante bspw. rechteckig ähnlich einem Verlauf eines rechteckigen Signals geformt. Insb. sind alle Kanten rechteckig ähnlich einem Verlauf eines rechteckigen Signals geformt.
Die Ecken der zickzack-förmigen, Sägezahn-förmigen oder rechteckigen Kantenabschnitte können abgerundet sein.
Alternativ verläuft die zweite Kante bspw. wellenförmig, mä- anderförmig oder sinusförmig. Insb. verlaufen alle Kanten wellenförmig, mäanderförmig oder sinusförmig.
Zwischen der ersten und der zweiten Kante weist der Schaltungsträger bspw. einen Bereich zum Kompensieren von
Schubspannungen auf, der mindestens eine Aussparung, insb. eine Vielzahl von Aussparungen, aufweist.
Bspw. ist die mindestens eine Aussparung als ein Durchlassloch ausgebildet .
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Leis- tungselektronikmodul bereitgestellt.
Das Leistungselektronikmodul umfasst einen zuvor beschriebenen Schaltungsträger, dessen Bestückungsoberfläche mit Leis¬ tungselektronikbauelementen bestückt ist. Das Leistungselektronikmodul umfasst ferner eine Wärmesenke, insb. einen Kühler, die/der eine thermisch leitende Kontaktfläche aufweist. Dabei ist der Schaltungsträger über die Wärmeübertragungsoberfläche auf der Kontaktfläche der Wärme¬ senke bzw. des Kühlers angeordnet und mit der Wärmesenke bzw. dem Kühler körperlich und thermisch leitend verbunden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben beschrieben Schal- tungsträgers sind, soweit möglich, auf das oben genannte
Leistungselektronikmodul übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Leistungselektronikmoduls anzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: in einer schematischen Querschnittdarstellung ein Leistungselektronikmodul mit einem Schaltungsträger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; in einer schrägen Draufsichtdarstellung den Schaltungsträger aus Figur 1 ; in einer schematischen Draufsichtdarstellung einen Abschnitt eines Schaltungsträgers gemäß einer wei¬ teren Ausführungsform der Erfindung; und in einer weiteren schematischen Draufsicht einen Abschnitt eines Schaltungsträgers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen: Fig. 1 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung ein Leistungselektronikmodul LM mit einem Schaltungsträger ST gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Leistungselektronikmodul LM umfasst neben dem Schal¬ tungsträger ST noch einen Kühler KL.
Der Schaltungsträger ST weist eine Bestückungsoberfläche BF auf, auf der eine Kupferschicht KSl aufgetragen ist, welche zu Leiterbahnen strukturiert sind. Auf einer von dem Schal¬ tungsträger ST abgewandten Oberfläche der jeweiligen Leiterbahnen der ersten Kupferschicht KSl sind Leistungselektro¬ nikbauelemente LE angeordnet und entsprechend dem Schal- tungslayout miteinander und mit den Leiterbahnen bzw. der ersten Kupferschicht KSl via Lötschicht LS oder Bonddrähte BD elektrisch verbunden .
Auf einer von der Bestückungsoberfläche BF abgewandten Seite weist der Schaltungsträger ST eine Wärmeübertragungsoberfläche WF auf, auf der eine weitere ausgedehnt flächige Kupferschicht KS2 aufgetragen ist.
Über diese weitere Kupferschicht KS2 ist der Schaltungsträger ST mit dem Kühler KL thermisch leitend verbunden. Dabei ist der Schaltungsträger ST bzw. die weitere Kupferschicht KS2 des
Schaltungsträgers ST mittels einer weiteren Lötschicht LS mit dem Kühler KL bzw. mit einer Kontaktfläche KF des Kühlers KL flächig körperlich und thermisch leitend verbunden. Der Schaltungsträger ST weist ferner Seitenflächen SF auf, welche zwischen der Bestückungsoberfläche BF und der Wärmeübertra¬ gungsoberfläche WF den Schaltungsträger ST umlaufend ausgebildet sind . Dabei sind die Seitenflächen SF zu der Bestückungsoberfläche BF und der Wärmeübertragungsoberfläche WF schräg und in Richtung zur Mitte des Schaltungsträgers ST bzw. zur Wärmeübertragungs¬ oberfläche WF hin konkav (mit einem vorgegebenen Krümmungs- radius) ausgebildet.
Dadurch weist der Schaltungsträger ST eine Dicke bzw. eine Schichtstärke auf, welche sich von jeweiligen ersten Kanten KT1 zwischen der Bestückungsoberfläche BF und den jeweiligen korrespondierenden Seitenflächen SF zu jeweiligen korrespondierenden zweiten Kanten KT2 zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche WF und den jeweiligen korrespondierenden Seitenflächen SF hin verjüngt. Durch die schräge Ausführung der Seitenflächen SF weist der
Schaltungsträger ST zwischen den jeweiligen ersten Kanten KT1 und den jeweiligen korrespondierenden zweiten Kanten KT2 Bereiche SB, welche durch die schräge Ausführung der Seitenflächen SF keilförmig geformt sind, diese Bereiche SB dienen zur Kom- pensation und somit zur Reduzierung von Schubspannungen zwischen dem Schaltungsträger ST und dem Kühler KL und werden nachfolgend als Schubspannungskompensationsbereiche genannt.
Fig. 2 zeigt in einer schrägen Vogelperspektivdarstellung den Schaltungsträger ST aus Figur 1.
Der Schaltungsträger ST weist in den Schubspannungskompensa- tionsbereichen SB jeweils eine Anzahl von Durchgangslöchern DL auf, welche in den jeweiligen Schubspannungskompensationsbe- reichen SB voneinander sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung der jeweiligen Schubspannungskompensationsbe- reiche SB räumlich versetzt angeordnet sind. Diese Durch¬ gangslöcher DL reduzieren die durch thermischen Wechselbelastungen entstandenen Schubspannungen zusätzlich. Fig. 3 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen Abschnitt eines Schaltungsträgers ST gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Schaltungsträger ST in Fig. 3 unterscheidet sich von dem Schaltungsträger in Fig. 2 dadurch, dass die zweiten Kanten KT2 zwischen den jeweiligen Seitenflächen SF und der Wärmeübertragungsoberfläche WF einen wellenförmigen Verlauf zur Verlängerung der Kantenlänge aufweisen.
Fig. 4 zeigt in einer weiteren Draufsicht einen Abschnitt eines Schaltungsträgers gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung . Der Schaltungsträger ST in Fig. 4 unterscheidet sich von dem Schaltungsträger in Fig. 3 dadurch, dass dessen zweite Kanten KT2 zwischen den jeweiligen Seitenflächen SF und der Wärmeübertragungsoberfläche WF anstelle eines wellenförmigen Verlaufs einen zickzack-förmigen bzw. rechteckigen Verlauf aufweisen.
Die wellen- oder zickzack-förmig bzw. rechteckig geformte zweite Kante KT2 reduziert wie die zuvor beschriebenen Durchgangslöcher DL die durch thermischen Wechselbelastungen entstandenen Schubspannungen zusätzlich.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsträger (ST), insb. Keramiksubstrat, für Leis¬ tungselektronik, umfassend:
- eine Bestückungsoberfläche (BF) zum Bestücken von
Leistungselektronikbauelementen (LE) ;
eine von der Bestückungsoberfläche (BF) abgewandt liegende Wärmeübertragungsoberfläche (WF) zur ther¬ mischen Kontaktierung des Schaltungsträgers (ST) mit einer Wärmesenke, insb. einem Kühler (KL);
mindestens eine Seitenfläche (SF) zwischen der Be¬ stückungsoberfläche (BF) und der Wärmeübertragungs¬ oberfläche (WF) ;
wobei die Längste der mindestens einen Seitenfläche (SF) zu der Bestückungsoberfläche (BF) und der Wärmeüber¬ tragungsoberfläche (WF) schräg ausgeführt ist; und der Schaltungsträger (ST) eine von einer ersten Kante (KT1) zwischen der Bestückungsoberfläche (BF) und der längsten Seitenfläche (SF) zu einer zweiten Kante (KT2) zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche (WF) und der längsten Seitenfläche (SF) hin sich verjüngende Dicke aufweist .
2. Schaltungsträger (ST) nach Anspruch 1, wobei die längste Seitenfläche (SF) konkav ausgeführt ist.
3. Schaltungsträger (ST) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke von der ersten Kante (KT1) zu der zweiten Kante (KT2) hin sich stufenförmig verjüngt.
4. Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (ST) mindestens drei Seitenflächen (SF) umfasst, wobei alle der mindestens drei Seitenflächen (SF) zu der Bestückungsoberfläche (BF) und der Wärmeübertragungsoberfläche (WF) schräg ausgeführt sind, und die Dicke des Schaltungsträgers sich von allen Kanten (KT1) zwischen der Bestückungsoberfläche (BF) und den jeweiligen Seitenflächen (SF) zu jeweiligen korrespon- dierenden Kanten (KT2) zwischen der Wärmeübertragungsoberfläche (WF) und den entsprechenden korrespondierenden Seitenflächen (SF) hin verjüngt.
Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Kante (KT2) eine nicht gerade Kontur aufweist.
Schaltungsträger (ST) nach Anspruch 5, wobei die zweite Kante (KT2) zickzackförmig, sägezahnförmig oder rechteckförmig verläuft .
Schaltungsträger (ST) nach Anspruch 5, wobei die zweite Kante (KT2) wellenförmig, mäanderförmig oder sinusförmig verläuft .
Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Schubspannungskompensa- tionsbereich (SB) zwischen der ersten (KT1) und der zweiten (KT2) Kante, der mindestens eine Aussparung (DL) aufweist.
Schaltungsträger (ST) nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Aussparung (DL) als ein Durchgangsloch ausgebildet ist.
Leistungselektronikmodul (LM) , umfassend:
einen Schaltungsträger (ST) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dessen Bestückungsoberfläche (BF) mit Leistungselektronikbauelementen (LE) bestückt ist; eine Wärmesenke, insb. einen Kühler (KL), mit einer thermisch leitenden Kontaktfläche (KF) ;
wobei der Schaltungsträger (ST) über die Wärmeübertragungsoberfläche (WF) auf der Kontaktfläche (KF) angeordnet ist und mit der Wärmesenke (KL) körperlich und thermisch leitend verbunden ist.
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