Power-Module Erhöhung der Lebensdauer von Leistungsmodulen durch Verzicht auf Lot und Grundplatte

Von einem Leistungsmodul erwartet man heute die ungestörte Funktion über die gesamte Lebensdauer des Systems. Die Eliminierung der Grundplatte bietet konstruktiv deutliche Vorteile für die Zuverlässigkeit. Insbesondere bei Belastung durch passive thermische Zyklen ist für Module ohne Grundplatte eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer zu erwarten.

Anbieter zum Thema

Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

invenio AG

MESYS AG

SEMIKRON International GmbH

In der klassischen Bauform sind Leistungsmodule auf massiven Cu-Grundplatten aufgebaut. Diese Konstruktion bringt eine Reihe von Nachteilen für die Zuverlässigkeit mit sich. Solche Grundplatten werden meist an den Ecken oder bei größeren Bauformen an den Außenrändern durch Verschraubungen an den Kühlkörper gedrückt. Um dabei einen optimalen Wärmeübergang zwischen Grundplatte und Kühlkörper auch im Zentrum sicher zu stellen, muss eine geeignete Vorbiegung der Grundplatte eingestellt werden. Da es sich bei der Lötverbindung zwischen Substrat und Grundplatte aber um ein viskoplastisches System handelt, wird durch plastische Verformung der Stress abgebaut. Damit ändert sich die Durchbiegung zeitabhängig, sodass eine optimale Formgebung nicht möglich ist.

Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten

Der durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Grundplatte und Substraten erzeugte Stress spielt aber nicht nur bei der Herstellung, sondern auch im Betrieb eine wichtige Rolle. In der Anwendung erfährt ein Leistungsmodul erhebliche Temperaturschwankungen. Einerseits werden diese Temperaturzyklen durch die im Leistungsbauelement erzeugte Verlustleistung hervorgerufen. Diese aktiven Temperaturzyklen sind bestimmt durch die eingeprägte Verlustleistung und den Wärmewiderstand des Moduls. Prinzipiell ist es möglich, den Temperaturhub zu verringern, indem man die Siliziumfläche der Bauelemente vergrößert und so den Wärmewiderstand reduziert.

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