本發(fā)明涉及一種具有可裝配的功率模塊的功率電子組件、一種變流器以及一種電動車。

背景技術(shù)：

1、這種功率電子組件可以在工業(yè)變流器或牽引變流器中使用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種低電感構(gòu)造的組件，其具有可裝配到常規(guī)生產(chǎn)線中的功率模塊。

2、上述技術(shù)問題通過一種功率電子組件來解決，該功率電子組件具有組件襯底，至少兩個可裝配的功率模塊與該組件襯底電接觸，其中功率模塊分別包括具有金屬化部的功率襯底、至少一個具有功率端子的可開關(guān)的晶片、內(nèi)插體和至少一個第一和第二接觸元件。接觸元件分別在內(nèi)插體上提供晶片的功率端子中的一個的電接觸并且在此構(gòu)造用于晶片的功率端子與功率電子組件的電接觸。換言之，接觸元件在功率模塊外部提供布置在功率模塊內(nèi)的晶片的功率端子的電接觸，使得模塊可以裝配在組件上并且可以使用。晶片是半導(dǎo)體器件，其例如可以被構(gòu)成為igbt或mosfet。在此涉及未封裝的半導(dǎo)體并且也被稱為裸芯或裸晶片。這種裸晶片通常僅在潔凈室條件下加工，因此很少直接在傳統(tǒng)的smd生產(chǎn)線中加工。根據(jù)本發(fā)明的模塊可以有利地在傳統(tǒng)的電子生產(chǎn)線中加工，并且在此，同時近似地低電感地連接，如可以與晶片本身低電感地連接。

3、在此，晶片的功率端子通常并且根據(jù)半導(dǎo)體類型被構(gòu)造為源極和漏極或者集電極和發(fā)射極。對于二極管來說，功率端子被構(gòu)造為陽極或陰極。此外，晶片接合到功率襯底的金屬化部上以及接合到內(nèi)插體上，并且布置在功率襯底和內(nèi)插體之間。由第一襯底、內(nèi)插體和晶片形成的間隙利用絕緣材料封閉，使得晶片被絕緣材料、功率襯底和內(nèi)插體包圍。這具有的優(yōu)點是，裸晶片現(xiàn)在被封裝為使得其可以在傳統(tǒng)的smd制造中被加工。在此，內(nèi)插體被設(shè)計為，使得接觸元件穿過內(nèi)插體伸出和/或內(nèi)插體提供接觸元件。

4、接觸元件在此優(yōu)選地被構(gòu)造為，使得能夠建立從功率電子組件到晶片的低電感的電接觸。換言之，第一接觸元件和第二接觸元件被設(shè)計用于在內(nèi)插體上提供晶片的功率端子的電接觸，從而晶片可以從功率模塊的外部被電接觸。

5、在此，接觸元件可以被設(shè)計為內(nèi)插體的一部分并且與內(nèi)插體中的電導(dǎo)體電接觸。這種接觸元件可以在市場上以印刷電路板技術(shù)獲得或者可以作為內(nèi)插體的金屬化部來制造。

6、根據(jù)本發(fā)明，能夠通過內(nèi)插體實現(xiàn)晶片的簡單的、單側(cè)的和可自動化的接觸?？裳b配的功率模塊于是可以與此相應(yīng)地裝配到功率電子組件上。在此，功率模塊優(yōu)選具有一個或最多兩個可開關(guān)的晶片。

7、在此，內(nèi)插體可以具有比功率襯底更大的熱膨脹系數(shù)。因此，與功率襯底相比，內(nèi)插體可以由更便宜的且柔性的且可簡單加工的材料構(gòu)成。

8、因此，晶片的電接觸和操作通過功率模塊在其安裝時被顯著簡化，其中裸芯在電連接（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率縮放）以及在部件中的布置方面的靈活性被保持。

9、在此，功率模塊和與此相應(yīng)地接觸元件和晶片被設(shè)計用于至少24v、尤其至少50v或100v的截止電壓和至少1a、尤其至少5a或10a的負(fù)載電流。

10、在另一實施方式中，功率襯底被構(gòu)造為金屬陶瓷襯底。這里特別要提到的是所謂的直接接合銅（direct-bonded-copper）和活性金屬釬焊襯底（active?metal?brazingsubstrate）。這種襯底具有很大的優(yōu)點，即存在與晶片相匹配的熱膨脹系數(shù)，由此獲得非常高的穩(wěn)定性，尤其是針對熱交變應(yīng)力的穩(wěn)定性。同時，也可以實現(xiàn)從晶片朝襯底的熱界面的方向的高的熱傳導(dǎo)，熱界面相對于襯底與晶片相對布置。

11、在另一實施方式中，內(nèi)插體被構(gòu)造為多層的電路載體。這具有的優(yōu)點是，多層電路載體中的線路引導(dǎo)可以比例如陶瓷襯底所允許的靈活得多地設(shè)計。

12、在另一實施方式中，內(nèi)插體被設(shè)計為由聚酰亞胺制成的塑料電路板、尤其是纖維增強(qiáng)的塑料電路板、fr4電路板、所謂的高tg-pcb（具有大于150℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度tg）和/或被設(shè)計為預(yù)模制的引線框架。對于高溫應(yīng)用，例如pi、peek或lcp的高溫內(nèi)插體材料已經(jīng)證明是合適的。

13、在另一實施方式中，內(nèi)插體具有金屬嵌體。這種嵌體尤其可以由銅構(gòu)成，構(gòu)造為實心的金屬塊并且在連接晶片的功率端子時不僅導(dǎo)致改善的載流能力而且導(dǎo)致改善的導(dǎo)熱性。在這種情況下，嵌體優(yōu)選地至少電連接到晶片的功率端子中的一個，并且可以在多層印刷電路板中經(jīng)由通孔連接到晶片。因此，根據(jù)功率要求可以想到的是，一個或多個通孔分別電接觸到金屬嵌體上并且然后相應(yīng)地也從內(nèi)插體中提供接觸元件或電接觸到接觸元件。換言之，嵌體用作用于接觸元件的電導(dǎo)體，以便能夠?qū)崿F(xiàn)晶片的功率端子與功率電子組件之間的連接。

14、在另一實施方式中，內(nèi)插體具有用于接觸元件中的一個的留空部，其中接觸元件與金屬化部電接觸。因為晶片通常在上側(cè)和下側(cè)上具有功率端子，所以必須包圍接觸與功率襯底的金屬化部接觸的功率端子，以便能夠經(jīng)由內(nèi)插體單側(cè)地連接功率模塊。這種包圍接觸例如能夠通過穿過內(nèi)插體伸出的接觸元件實現(xiàn)。在此，例如可以設(shè)置引腳，該引腳用作功率模塊的端子或接觸元件。該引腳可以是可壓入的，并且也可以通過與穩(wěn)定的功率襯底的連接良好地機(jī)械連接，并且具有低電感特性。作為接觸元件優(yōu)選使用實心的端子，這種端子根據(jù)所產(chǎn)生的功率來設(shè)計。補(bǔ)充地或替換地，引腳也可以具有在內(nèi)插體上的電中間接觸部，并且與此相應(yīng)地不必在功率襯底的金屬化部上電接觸，并且可以在那里電勢分離地或完全絕緣地安置。

15、在另一實施方式中，內(nèi)插體被構(gòu)造為使得所有晶片的功率端子和控制端子被提供在內(nèi)插體的背離功率襯底的共同的側(cè)上。這實現(xiàn)了簡單的裝配并且在此實現(xiàn)了功率模塊的特別低電感的連接。

16、在另一實施方式中，接觸元件中的至少一個構(gòu)造用于借助壓制方法、尤其借助壓入方法進(jìn)行接觸。在此可以考慮平面的壓制方法或者也可以考慮壓入連接。這種接觸方法是非常低電感的、可良好控制的并且可以良好地處理。

17、在另一實施方式中，接觸元件中的至少一個構(gòu)造用于借助接合方法與電子組件接觸。在此尤其考慮焊接引腳、平面的可燒結(jié)的和/或可焊接的連接墊（類似于焊盤柵陣列，land?grid?array）或可焊接的球（類似于球柵陣列，ball?grid?array）。這種接合面是特別低電感的并且尤其可以通過功率模塊的扁平的或平面的結(jié)構(gòu)也簡單地接合。

18、在另一實施方式中，接觸元件中的至少一個構(gòu)造用于借助彈簧力進(jìn)行接觸。這具有的優(yōu)點是，可以在連接的可松開性的同時實現(xiàn)低電感的電連接。

19、在另一實施方式中，內(nèi)插體具有第一金屬嵌體，該第一金屬嵌體與晶片的第一功率端子和第一接觸元件電接觸。補(bǔ)充地或替換地，內(nèi)插體具有第二金屬嵌體，該第二金屬嵌體與晶片的第二功率端子和第二接觸元件電接觸。因此，功率端子可以通過具有高載流能力、非常好的導(dǎo)熱性以及低電感的金屬嵌體從功率模塊中引出。

20、在另一種實施方式中，內(nèi)插體被設(shè)計為，使得在晶片的第一功率端子和第二功率端子的包圍接觸部之間的間隙中的爬電距離小于第一接觸元件和第二接觸元件之間的空氣距離。從功率模塊中引出的并且通過內(nèi)插體提供的接觸元件因此優(yōu)選在空氣處（即在可從功率模塊外部夠著的接觸元件處）具有比功率模塊中或晶片的直接周圍環(huán)境中的空間情況所允許的明顯更大的間距。這種均衡又對功率模塊的效率和功率密度產(chǎn)生積極影響，并且允許在功率模塊之外放棄另外的絕緣材料或者能夠?qū)崿F(xiàn)使用更便宜的絕緣材料。在此，爬電距離和空氣距離的均衡可以在具有或沒有嵌體的情況下實現(xiàn)。

21、在另一實施方式中，內(nèi)插體具有控制端子，該控制端子電接觸晶片的控制端子。在此，內(nèi)插體的控制端子可以布置在第一和第二接觸元件之間。這不僅節(jié)省空間，而且也不改變絕緣要求，因為控制端子處于與功率端子不同的電勢上。因此可以被非常緊湊地構(gòu)造。

22、組件襯底可以通過功率模塊的根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造被構(gòu)造為傳統(tǒng)的（例如fr4）印刷電路板，因為通過背離組件襯底布置的功率模塊的功率襯底進(jìn)行散熱并且通過內(nèi)插體進(jìn)行功率密度的均衡。

23、在另一實施方式中，功率電子組件可以設(shè)計為，使得功率模塊的內(nèi)插體朝向組件襯底地布置。換言之，具有接觸元件的內(nèi)插體提供用于組件襯底的電接觸。

24、在另一實施方式中，功率模塊布置在組件襯底和冷卻體之間。也就是說，內(nèi)插體指向組件襯底的方向，并且功率模塊的功率襯底例如可以利用熱接口直接與冷卻體連接。在此，冷卻體也可以用于確保關(guān)于功率襯底和模塊取向彼此間的平面連接。

25、與具有4個或6個可開關(guān)的半導(dǎo)體模塊（例如所謂的sixpack模塊）的市售功率模塊的完全集成的解決方案相比，本發(fā)明總體上以及其具體實施方式提供了許多優(yōu)點。功率模塊是具有標(biāo)準(zhǔn)化連接器的模塊化封裝。功率半導(dǎo)體的變化（不同的功率半導(dǎo)體技術(shù)，例如igbt、mosfet、sic、gan）涉及功率模塊本身，因此內(nèi)插體可以在連接側(cè)保持相同。無需更改電源板（即組件襯底）。功率或電路拓?fù)涞钠ヅ淇梢栽谙嗤碾娫窗宓那闆r下通過具有相應(yīng)不同的功率半導(dǎo)體或連接的不同的功率模塊來實現(xiàn)。

26、電源板上的布局改變（例如裝配位置的移動）可以通過根據(jù)本發(fā)明的功率模塊的標(biāo)準(zhǔn)化的連接結(jié)構(gòu)簡單地實現(xiàn)。在功率電子組件的設(shè)計方面，根據(jù)本發(fā)明的功率模塊具有如下優(yōu)點：其在電路設(shè)計中被視為分立的器件并且與此相應(yīng)地可以直接一起在布局中被規(guī)劃。每個單獨的功率模塊都是并且仍然是完全可電測試的。與電路載體上的多個半導(dǎo)體（其僅可作為整體來測試）相比，由此可以顯著提高產(chǎn)量。

27、對于功率模塊和電源板之間的熱去耦，潛在高成本的高溫內(nèi)插體材料所需的面積被限制到最小。對于電源板優(yōu)選可以使用成本低廉的標(biāo)準(zhǔn)材料。

28、特別有利的是，各個功率模塊彼此之間或上下之間以及相對于冷卻體的平整可以通過利用壓緊裝置壓入或釬焊或通過補(bǔ)償?shù)倪B接元件優(yōu)雅地實現(xiàn)。因此，在功率電子組件中，功率模塊的各個熱接口可以在平面中在可預(yù)先給定的公差內(nèi)彼此取向。

29、此外，上述技術(shù)問題通過一種具有至少一個功率電子組件的變流器以及一種具有這種變流器的電動車來解決。此外，功率電子組件也可以被設(shè)計為dc/dc轉(zhuǎn)換器。