功率模塊、具有功率模塊的驅(qū)動裝置和整流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于整流器的功率模塊以及具有上述功率模塊的整流器。此外本發(fā)明涉及具有上述功率模塊的用于驅(qū)動車輛的驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]整流器被使用用于運行混合動力車輛或者電動車輛的電機，所述整流器為電機提供相電流用于運行所述電機。所述整流器包括大量電子或者電組件，例如半導(dǎo)體器件和在半導(dǎo)體器件之間的電連接。所述組件在整流器中需要相應(yīng)的結(jié)構(gòu)空間，所述結(jié)構(gòu)空間必須被足夠大地確定尺寸用以容納所述組件。較大的整流器在車輛中又要求較大的結(jié)構(gòu)空間，所述結(jié)構(gòu)空間于是不再可供其他車輛零件使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的任務(wù)因此在于，提供減小整流器的結(jié)構(gòu)空間的可能性。
[0004]所述任務(wù)通過獨立權(quán)利要求的主題解決。有利的擴展方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0005]按照本發(fā)明的第一方面提供功率模塊，所述功率模塊具有第一匯流排和第一半導(dǎo)體器件以及第二半導(dǎo)體器件。在此所述第一半導(dǎo)體器件以平面的方式構(gòu)造，并且包括具有第一電表面接觸端子的第一表面，所述第一電表面接觸端子用于建立到第一電壓電勢的平面電連接。類似地，所述第二半導(dǎo)體器件以平面的方式構(gòu)造并且就其而言包括具有第一電表面接觸端子的第一表面，所述第一電表面接觸端子用于建立到第一電壓電勢的平面電連接。在此，不僅第一半導(dǎo)體器件而且第二半導(dǎo)體器件的電表面接觸端子分別被構(gòu)造為平面地伸展地實施的電接觸。所述第一匯流排(根據(jù)英文為“Busbar (母線)”)由導(dǎo)電的和優(yōu)選地導(dǎo)熱的材料構(gòu)造，并且用于傳遞第一電壓電勢到第一和第二半導(dǎo)體器件。在此，所述第一匯流排包括第一表面和與第一表面相對的第二表面，其中所述第一和第二表面分別被構(gòu)造為伸展的面。所述第一半導(dǎo)體器件被布置在第一匯流排的第一表面上，并且通過第一電表面接觸端子與第一匯流排的第一表面導(dǎo)電地、伸展地平面地并且機械地連接。
[0006]類似地，所述第二半導(dǎo)體器件在第一匯流排的第二表面上并且優(yōu)選地與第一半導(dǎo)體器件相對地被布置。所述第二半導(dǎo)體器件通過第一電表面接觸端子與第一匯流排導(dǎo)電地、伸展地平面地并且機械地連接。在此，在匯流排和兩個半導(dǎo)體器件之間的這些導(dǎo)電的平面的連接優(yōu)選地也是導(dǎo)熱的。在此情況下，用“伸展地平面的電連接”指的是以下電連接，即所述電連接尤其是無接合線的并且因此不是逐點地、而是在伸展的接觸面上平面地被構(gòu)造。
[0007]通過在功率模塊中實施半導(dǎo)體器件和在整流器的半導(dǎo)體器件之間的電連接給出高效地減小用于在整流器中布置這些組件所需要的結(jié)構(gòu)空間的可能性。在此認識到，傳統(tǒng)的整流器的結(jié)構(gòu)空間尤其通過半導(dǎo)體器件之間的電連接被要求，所述電連接通常利用在半導(dǎo)體器件之間布線的接合線被實施為接合連接。所述接合連接通常需要接合框作為接合連接的線路結(jié)構(gòu)的機械載體，所述機械載體在整流器中要求相應(yīng)的結(jié)構(gòu)空間。因為在整流器中使用組件、如半導(dǎo)體器件，所述組件在沒有自己的電絕緣外殼的情況下被構(gòu)造，所以此外需要所述接合連接的接合線必須離不允許將接合線與其電接觸的組件具有一定的間距。這同樣地要求在整流器中相應(yīng)更大的結(jié)構(gòu)空間。
[0008]按照這里描述的方式，不設(shè)置接合連接，而是使用與伸展地平面地實施的薄的匯流排的伸展地平面的表面連接。該連接是機電直接連接，所述連接不需要附加的結(jié)構(gòu)空間。
[0009]為了進一步減小用于整流器的電路載體的結(jié)構(gòu)空間，其中需要所述電路載體用于承載和保持半導(dǎo)體器件和電連接，所述半導(dǎo)體器件直接地被布置在匯流排上，并且由匯流排承載。在此，所述半導(dǎo)體器件分布在匯流排的兩個相對的表面上，并且相對地被布置，使得半導(dǎo)體器件之間的電連接路徑被縮短。由此在功率模塊中的結(jié)構(gòu)空間附加地被減小。以這種方式，實現(xiàn)用于整流器的功率模塊，所述功率模塊比傳統(tǒng)的整流器的半導(dǎo)體器件之間的電連接和半導(dǎo)體器件總之要求更小的結(jié)構(gòu)空間。因此可以提供在車輛中要求小的結(jié)構(gòu)空間的整流器。
[0010]通過放棄易受整流器中的溫度波動影響或者易受在整流器處的振動影響并且因此形成關(guān)于整流器的使用壽命可靠性的缺點的接合連接，并且通過使用匯流排，實現(xiàn)半導(dǎo)體器件之間的更穩(wěn)定的和可靠的電連接。此外，半導(dǎo)體器件之間的短的和平面的電連接路徑具有非常低的寄生固有電感和非常小的固有電阻(Eigenwinderstand)，這在功率模塊情況下和因此在整流器情況下對損耗線路(Verlustleitung)產(chǎn)生積極影響。由此整流器的電的和熱的特性被改善。
[0011]按照一種優(yōu)選的擴展方案，所述功率模塊此外包括用于傳遞第二電壓電勢的第二匯流排，所述第二匯流排由導(dǎo)電的和優(yōu)選地導(dǎo)熱的材料構(gòu)造，并且具有第一表面。所述第一半導(dǎo)體器件此外包括與第一表面相對的第二表面，所述第二表面具有用于建立到第二電壓電勢的平面電連接的第二電表面接觸端子。在此，所述第一半導(dǎo)體器件通過第二電表面接觸端子與第二匯流排的第一表面導(dǎo)電地、伸展地平面地并且機械地連接。
[0012]通過所述第一和第二匯流排布置在第一半導(dǎo)體器件的兩個彼此相對的表面上，實現(xiàn)具有位于其間的第一半導(dǎo)體器件的、第一和第二匯流排的逐層地疊加的布置。因為此外兩個匯流排分別用作用于到第一半導(dǎo)體器件的通過電流的饋線，或者用作用于來自第一半導(dǎo)體器件的通過電流的回線，所以所述功率模塊在兩個匯流排中總共具有低的寄生耦合電感。
[0013]按照另一優(yōu)選的擴展方案，第一和第二匯流排中的至少一個具有第一區(qū)域，至少一個匯流排能夠通過所述第一區(qū)域與電單元、例如電線路導(dǎo)電地、平面地和機械地連接。
[0014]通過匯流排的該第一區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)從功率模塊到外部的電單元的直接的平面的和因此低電感的電連接。
[0015]按照另一優(yōu)選的擴展方案，所述第一匯流排具有第二區(qū)域，第一匯流排能夠通過所述第二區(qū)域與冷卻單元導(dǎo)熱地并且優(yōu)選地也電絕緣地、伸展地平面地和機械地連接。
[0016]所述擴展方案能夠?qū)崿F(xiàn)，通過在半導(dǎo)體器件中的損耗功率產(chǎn)生的熱量通過第一匯流排被導(dǎo)出給冷卻單元，并且從那里被發(fā)出給環(huán)境。匯流排的平面的實施和在匯流排與半導(dǎo)體器件之間或者在匯流排與冷卻單元之間的伸展地平面的熱連接引起半導(dǎo)體器件和因此功率模塊的高效冷卻。
[0017]按照另一優(yōu)選的擴展方案，所述功率模塊包括由導(dǎo)電的和優(yōu)選導(dǎo)熱的材料制成的第三匯流排，所述第三匯流排具有用于傳遞第三電壓電勢的第一表面。在此，所述第一半導(dǎo)體器件在第二表面上具有用于與第三電壓電勢建立伸展地平面的電連接的第三電表面接觸端子。所述第一半導(dǎo)體器件通過所述第三電表面接觸端子與第三匯流排的第一表面導(dǎo)電地并且優(yōu)選導(dǎo)熱地、伸展地平面地并且機械地連接。
[0018]按照另一優(yōu)選的擴展方案，所述功率模塊具有由導(dǎo)電的和優(yōu)選也導(dǎo)熱的材料制成的第四匯流排，所述第四匯流排具有用于傳遞第二電壓電勢的第一表面。所述第二半導(dǎo)體器件包括與第一表面相對的第二表面，所述第二表面具有用于建立到第二電壓電勢的平面電連接的第二電表面接觸端子。在此，所述第二半導(dǎo)體器件通過第二電表面接觸端子與第四匯流排的第一表面導(dǎo)電地和優(yōu)選也導(dǎo)熱地、伸展地平面地和機械地連接。
[0019]兩個最后提及的擴展方案提供以下優(yōu)點，即所述功率模塊由于第四匯流排的疊加的和平面的布置總共具有更小的寄生連接電感，就好像所述匯流排不是重疊地而是并排地被布置。
[0020]按照另一優(yōu)選的擴展方案，所述第二和第四匯流排彼此整體地被構(gòu)造。在此，所述整體地構(gòu)造的匯流排在沿著匯流排的表面并且尤其與匯流排的表面平行的方向上觀察具有U或者Y形的橫截面。匯流排可以在構(gòu)成到外部電路單元的電流端子的區(qū)域中在沖壓技術(shù)上被成型為，使得所有這些區(qū)域均處于一個層面上，這對于可能的其他制造過程是有利的。按照另一優(yōu)選的擴展方案，所述第一半導(dǎo)體器件被構(gòu)造為無外殼的半導(dǎo)體開關(guān)，例如M0SFET 開關(guān)(Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或者 IGBT 開關(guān)(Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode，具有絕緣柵電極的雙極晶體管)。優(yōu)選地，所述第二半導(dǎo)體器件被構(gòu)造為無外殼的半導(dǎo)體二極管。在此情況下，此外所謂的沒有嵌入式外殼的“赤裸的”半導(dǎo)體器件被稱為“無外殼的”半導(dǎo)體器件，所述“赤裸的”半導(dǎo)體器件被構(gòu)造為裸芯片(根據(jù)英語為“Bar Die (裸片)”)。
[0021]按照另一優(yōu)選的擴展方案，在匯流排和半導(dǎo)體器件之間導(dǎo)電的、伸展地平面的并且機械的連接被實施為平面的焊接連接、平面的熔焊連接、平面的粘接連接或者平面的燒結(jié)連接。
[0022]按照本發(fā)明的第二方