CN105514069B - 带功率半导体模块、直流电压汇流排和电容器器件的装置 - Google Patents

带功率半导体模块、直流电压汇流排和电容器器件的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及带功率半导体模块、直流电压汇流排和电容器器件的装置，其还包括连接器件，功率半导体模块具有面式构造的带接触部段的直流电压联接导体，其至少在各自接触部段处和附近的区域中在其各自的法向量方向上彼此紧密相邻；电容器器件具有面式构造的带接触部段的电容器联接导体；直流电压汇流排具有带接触部段的子导轨；连接器件具有带压头的轭和配属的支座，直流电压联接导体的各自接触部段和电容器器件或直流电压汇流排的按电路要求配属的接触部段在法线方向上面式上下叠置地在压头与支座之间夹紧并因此彼此力锁合地导电连接，电容器器件或直流电压汇流排至少在各自接触部段处和附近的区域中在其各自的法向量方向上彼此紧密相邻。

Description

带功率半导体模块、直流电压汇流排和电容器器件的装置
技术领域
本发明描述了一种带功率半导体模块、直流电压汇流排和电容器器件的装置，例如它们可以布置在如下的功率电子系统中，该功率电子系统示例性地在车辆中用于对作为主驱动装置或辅助驱动装置的电机进行驱控以及供电。
背景技术
由DE 10 2012 201 766 A1公知了一种功率电子系统，其带有多件式的至少一个盖和具有框架式壳体部件的壳体。该系统具有联接器件、内部的直流电压汇流排、形式为一个或多个功率半导体模块的功率电子电路装置和利用第一盖覆盖的电容器器件。
用于该类系统的功率半导体模块示例性地由DE 10 2007 026 768 A1公知。其描述了压力接触的三相整流器模块，该整流器模块具有基底(其带有针对每个相位的功率半导体构件)、壳体、压力元件和向外引导的负载和辅助联接元件。相应的基底由绝缘材料体和带有负载和辅助电势的导体轨迹构成。负载联接元件分别构造为带有外部接触器件的金属成形体，外部接触器件带有带状部段和从该带状部段出发的以三列布置的接触支脚。
对这类装置或系统的持续的需求在于功率半导体模块本身的低感应的设计和在直流电压汇流排中的进一步的电流引导以及与电容器器件的连接。
发明内容
基于上面提到的事实，本发明的任务在于，改进装置中功率半导体模块的接口的设计方案以及改进与该接口连接的直流电压汇流排或电容器器件或优选是直流电压汇流排和电容器器件的设计方案，尤其是使其更低感应地构造，即构造有很小的寄生电感。
该任务根据本发明通过具有如下特征的装置来解决。
根据本发明的装置构造有功率半导体模块、电容器器件、直流电压汇流排和连接器件，其中，功率半导体模块具有面式地构造的第一和第二直流电压联接导体，第一和第二直流电压联接导体分别具有接触部段，其中，直流电压联接导体至少在各自在那里的接触部段处和附近的区域中在其各自的法向量的方向上彼此紧密相邻地布置，其中，电容器器件具有面式地构造的分别带有接触部段的第一和第二电容器联接导体，其中，直流电压汇流排具有分别带有接触部段的第一和第二子导轨，并且其中，连接器件具有带压头的轭和配属的支座，其中，直流电压联接导体的各自的接触部段与电容器器件或直流电压汇流排的按电路要求配属的接触部段在法线方向上面式地上下叠置地在压头与支座之间夹紧，并且因此彼此力锁合地导电连接，电容器器件或直流电压汇流排至少在各自的接触部段处和附近的区域中在其各自的法向量的方向上彼此紧密相邻地构造。
与电导体相关地，在本发明中只要没有另外详细的说明，那么概念“配属”应该理解为“具有相同的极性”。
在本发明中，概念“紧密相邻”应该理解为“具有微小的间距”，其中，微小的间距是如下间距就足够了，即，由此确保了在该间距之间的区域电绝缘，或者在该区域之间布置有用于绝缘的绝缘介质，例如塑料膜。换言之，微小的间距意味着足以在不同极性的情况下确保电绝缘的间距。
在本发明中，“接触部段”应该分别理解为联接导体或接触导轨的如下区域，其在与其他联接导体或接触导轨的配属的接触面形成接触的接触面上建立了两个联接导体借助接触部段的面式构造的直接导电连接。
显然只要本身没有被排除在外，以单数形式提到的特征、尤其是功率半导体模块和电容器器件在根据本发明的装置中也可以多次出现。
对于所提到的装置来说可以有利的是，借助轭与支座之间的螺纹连接构造出导入到连接器件中的压力导入。
在该装置的一个优选设计方案中，直流电压联接导体以如下方式构造，即，其分别具有从接触部段侧向凸出的并且进而并不在主电流流动方向中的紧固部段。在此重要的是，由于该紧固部段并没有使主电流流动方向上的电流传导的横截面缩小。这种缩小将导致欧姆电阻增大，并且进而导致不期望的局部升温。
“主电流流动方向”应该理解为如下电流流动方向，其电流流动主要促进寄生电感的形成。
此外，可以有利的是，轭与支座之间的螺纹连接贯穿穿过直流电压联接导体的配属的紧固部段的缺口。
原则上优选的是，支座是功率半导体模块的部件或是电容器器件的部件。
同样，也可以有利的是，轭是功率半导体模块的部件或是电容器器件的部件或是不依赖于功率半导体模块或电容器器件的结构组件。其中，特别有利的是，支座和轭是相同结构组件的部件，即，功率半导体模块或电容器器件的部件。
在一个特别的实施方案中，压头可以与轭弹性连接。同样，也可以设置有用于压头的附加的夹持器件，该夹持器件要么具有附加的螺栓，要么具有弹性部段或两者都具有。
尤其有利的是，直流电压汇流排或者电容器器件在其仍未与功率半导体模块导电连接的情况下具有如下第一和第二子导轨或电容器联接导体，这些第一和第二子导轨或电容器联接导体在各自的接触部段附近的区域中在其各自在那里的法向量的方向上彼此紧密相邻地构造，并且它们各自的接触部段借助轭与配属的直流电压联接导体的配属的紧固部段(它们由此构造出另外的接触部段)力锁合地且导电地连接。
应理解，本发明的不同的设计方案可单独地或以任意组合的方式实现，以便得到改进。尤其是，上文提到的并且在此或随后所阐述的特征不仅可以使用在所说明的组合中，而且还可以使用在其他未排除的组合中或者单独地使用，而不会离开本发明的保护范围。
在其所有特性上最有利的设计方案是，功率半导体模块的直流电压联接导体和电容器器件的电容器联接导体在根据本发明的设计方案中面式地上下叠置，并且因此构造出堆垛，这是因为在运行时，电流以最大的时间上的变化在联接导体之间流动。时间上的变化结合由联接导体撑开的且被电流环流的面是针对在运行时出现的寄生电感而言很重要的输入参数。寄生电感确定装置在运行时的动态的有效功率。连接器件在该最有利的设计方案中借助紧固部段与功率半导体模块和电容器器件连接。这是足够的，因为电流在连接器件中并不经历这样大的时间上的变化。
附图说明
对本发明进一步的阐述、有利的细节和特征从下面对本发明的在图1至图8f中示意性示出的实施例进行的描述中得到，或者从其中各自的部分中得到。其中：
图1至图3以三维图示出根据本发明的第一装置的不同的区段或部分视图；
图4示意性示出穿过根据本发明的第一装置的剖面图(yz平面)；
图5示意性示出穿过根据本发明的第二装置的剖面图(yz平面)；
图6示意性示出穿过根据本发明的另一装置的剖面图(xz平面)；
图7示意性示出穿过根据本发明的第一装置的剖面图(xz平面)；
图8a至8f示出穿过根据本发明的第一装置的各个不同的相继跟随的剖面图(xy平面)。
具体实施方式
图1至图3分别以三维图示出根据本发明的第一装置或者说其中的部件。图4示意性示出穿过根据本发明的第一装置的剖面图(yz平面)。对于一些在图1至4中不可见的细节相应参见图8a至8f。该装置具有三相的功率半导体模块2、电容器器件3和直流电压汇流排4。功率半导体模块2本身针对每个交流电流相位具有面式构造的第一和第二直流电压联接导体20、22，第一和第二直流电压联接导体分别在接触部段200、220处终止。此外，直流电压联接导体20、22具有侧向从接触部段200、220凸出的紧固部段26、28。直流电压联接导体20、22在功率半导体模块2的内部延伸直至接触部段200、220，并且以包围这些接触部段的方式在其法向量的方向上以部段形式彼此紧密相邻，也可以参见图4。为了电绝缘，在第一与第二直流电压联接导体20、22之间布置有绝缘材料体，在此是常见的绝缘材料膜24。第一联接导体20具有第一极性，在此是“正极”，而第二联接导体22具有第二极性，在此是“负极”。
电容器器件3具有第一和第二电容器联接导体30、32，其中，这些电容器联接导体面式地构造，并且从电容器器件3的壳体延伸直至其接触部段300、320地且以包围这些接触部段的方式在其法向量的方向上彼此紧密相邻地构造，也可以参见图4。为了电绝缘，在第一与第二电容器联接导体30、32之间布置有绝缘材料体，在此是常见的绝缘材料膜34。该绝缘材料体34可以与直流电压联接导体20、22的绝缘材料体24一体式地构造，参见图4。
直流电压汇流排4尤其是用于将电容器器件3连接至外部的直流电压源，而在图4中为清晰起见并没有示出。直流电压汇流排4具有第一和第二子导轨40、42，其中，这些子导轨又具有多个面式部段406、426，这些部段在其各自的法向量的方向上彼此紧密相邻地构造。直流电压汇流排4同样具有绝缘材料体，在此也是绝缘材料膜44，其用于使第一导轨40与第二子导轨42电绝缘。子导轨40、42的接触部段400、420并不在上面提到的意义上紧密相邻，而是横向并排地布置并且与直流电压联接导体20、22的紧固部段26、28形成导电接触，这些紧固部段在此构造出另外的接触部段260、280。
该装置此外具有连接器件5。该连接器件在此具有支座50，支座构造为功率半导体模块2的壳体的部件。在此，功率半导体模块2的第一直流电压联接导体20位于该支座50上。于是，以堆垛布置的方式跟随有第一电容器联接导体30、绝缘材料膜24、34、第二电容器联接导体32和第二直流电压联接导体22或者说它们的各自的接触部段200、220、300、320。于是，以对齐该堆垛的方式跟随有连接器件5的轭52的压头520。该压头520产生压力到所提及的堆垛上，该堆垛抵靠支座50地支撑并且因此使配属的接触部段200、220、300、320相互挤压，从而使得分别产生了面式的，也就是说不仅是点式的导电连接。为此，轭52借助两个螺栓54旋拧到带有整合的支座50的功率半导体模块的壳体上。螺栓在各自的缺口440、442、240、242中贯穿直流电压汇流排4的子导轨40、42的接触部段400、420和功率半导体模块2的直流电压联接导体20、22的紧固部段26、28。因此，利用直流电压联接导体20、22与电容器联接导体30、32的力锁合的(kraftschlüssig)电连接同时使得直流电压汇流排4的子导轨40、42与直流电压联接导体20、22并且进而也与电容器器件3导电连接。
图5示意性示出穿过根据本发明的第二装置的剖面图(yz平面)。在此，又示出了功率半导体模块2的第一和第二直流电压联接导体20、22、电容器器件3、直流电压汇流排4和连接器件5。与尤其是根据图4所示的第一装置的设计方案不同，在此，直流电压联接导体20、22以其各自的第一和第二接触部段200、220并且直流电压汇流排4以其子导轨40、42的各自的第一和第二接触部段400、420构造出堆垛，这些接触部段在此在法向量的方向上紧密相邻地构造和布置。电容器联接导体30、32与直流电压联接导体20、22的构造出另外的接触部段260、280的紧固部段26、28连接。连接器件5的构造与根据图4的连接器件的构造相同。在此，在直流电压汇流排4的子导轨40、42之间又布置有绝缘材料膜44。
图6示意性示出穿过根据本发明的另一简化的装置的剖面图(xz平面)。在此，仅示出了功率半导体模块2与电容器器件3之间的电连接。功率半导体模块2的第一和第二直流电压联接导体20、22分别具有接触部段200、220和紧固部段26、28。第一和第二电容器联接导体30、32同样分别具有接触部段300、320。在第一与第二联接导体20、22之间布置有绝缘材料膜24，以使第一和第二联接导体电绝缘。
连接器件具有用于导入压力的两个螺栓54、带有压头520的轭52和支座50。压头520将由第一接触器件200、300、绝缘材料膜24、34和第二接触器件220、320构成的堆垛压到支座50上，并且因此建立了各自的第一和第二接触部段彼此间的力锁合的导电连接。
图7示意性示出穿过根据本发明的第一装置的剖面图(xz平面)。该第一装置与图6所示的第二装置类似地构造。然而，该第一装置还具有第三连接配对件，即直流电压汇流排4。像上面已经描述的那样，直流电压汇流排具有第一和第二子导轨40、42，其中，这些子导轨分别具有接触器件400、420，接触器件与另外的构造在直流电压联接导体20、22的紧固部段26、28上的接触部段260、280连接。为此，不仅紧固部段26、28而且子导轨的接触部段400、420都具有由连接器件5的螺纹连接件54的螺栓贯穿的缺口。
图8a至8f示意性示出穿过根据本发明的第一装置的各个不同的相继跟随的剖面图(xy平面)。图8a至8f的这些剖面图与图7的z平面z1至z6相对应。在其他方面，这种类型的剖切平面x1、x2和y1在各个图中相互对应。
图8a示出平面z1，在该平面中示出了支座50的表面和穿过该支座的在图7左边示出的隆起部的剖面。此外，支座50具有针对用于将压力导入到连接器件5上的螺纹连接件54的缺口540。
图8b示出平面z2，在该平面中进一步示出了功率半导体模块2的第一直流电压联接导体20以及隆起部。该第一直流电压联接导体20具有带以菱形阴影线画出的接触面的一个接触部段200，参见图8c。此外，第一直流电压联接导体20具有紧固部段26，紧固部段具有带同样以阴影线画出的接触面的另一接触部段260。还借助双箭头示出了从功率半导体模块2至电容器器件3或反过来的主电流流动方向。清楚看到的是，紧固部段26不会影响来自以及通向电容器器件3的电流传导的横截面。紧固部段26具有与支座50的配属的缺口540对齐的缺口240，用于使针对连接器件5的螺纹连接件54的螺栓贯穿。
图8c示出平面z3，在该平面中可以进一步看到隆起部。第一电容器联接导体30的带有配属的接触面的第一接触部段300也位于该平面中，其中，该接触面与图8b中的第一直流电压联接导体20的接触面相对应，并且示出了如下区域，在该区域中，电流从第一直流电压联接导体20流动到第一电容器联接导体30。此外，直流电压汇流排4的第一子导轨40的第一接触部段400位于该平面中。这个接触面与功率半导体模块2的第一直流电压联接导体20的紧固部段26的另外的接触面相对应。该接触部段400此外具有与配属的紧固部段26的缺口对齐的缺口440。此外，示意性示出了第一子导轨40的面式部段406，该面式部段直接联接到接触部段400上。
图8d示出平面z4，在该平面中，直流电压汇流排4的第二子导轨42的接触部段420贴靠在不再可见的隆起部上。该第二子导轨42具有面式部段426，该面式部段与根据图8c的第一子导轨40的面式部段406相比在法线方向上紧密相邻地布置。此外，接触部段420具有用于与功率半导体模块2的第二直流电压联接导体22的另外的接触部段280的接触面电连接的接触面。接触部段420同样具有与支座50的隆起部的缺口540对齐的缺口442。此外，示出了位于平面z4下方的绝缘材料膜34和在平面z4中布置在绝缘材料膜上的第二电容器联接导体32，第二电容器联接导体带有接触部段320和接触面。同样，也示出了轭52的具有缺口542的第一支脚，缺口与相对应的缺口540，尤其是支座50的缺口对齐。
图8e示出平面z5，在该平面中可以进一步看到轭52的第一支脚。同样，也示出了具有带接触面的接触部段220的第二直流电压联接导体22，该接触面用于与第二电容器联接导体32的接触部段320的相对应的接触面电连接。第二直流电压联接导体22具有由紧固部段28形成的另外的接触部段280，该接触部段280具有用于与直流电压汇流排4第二子导轨42的接触部段420的相对应的接触面电接触的接触面。显然，该紧固部段28也具有必需的缺口242，该缺口尤其是与支座50的配属的缺口540对齐。
图8f示出平面z6，在该平面中分别侧向示出了轭52的支脚，支脚带有与支座50的配属的缺口540对齐的缺口542。在支脚之间示出了轭52的压头520，在借助贯穿相应缺口540、542的螺纹连接件54进行压力导入之后，压头建立了在第一直流电压联接导体20与第一电容器联接导体30的接触面且进而是接触部段200、300之间的或者在第二直流电压联接导体22与第二电容器联接导体32的接触面且进而接触部段220、320之间的力锁合的导电连接。

Claims (8)

1.一种带有功率半导体模块(2)、电容器器件(3)、直流电压汇流排(4)和连接器件(5)的装置(1)，
其中，所述功率半导体模块(2)具有面式构造的分别带有接触部段(200、220)的第一直流电压联接导体和第二直流电压联接导体(20、22)，其中，所述直流电压联接导体(20、22)至少在各自的接触部段(200、220)处和附近的区域中在其各自在那里的法向量的方向上彼此紧密相邻地布置，
其中，所述电容器器件(3)具有面式构造的分别带有接触部段(300、320)的第一电容器联接导体和第二电容器联接导体(30、32)，
其中，所述直流电压汇流排(4)具有分别带有接触部段的第一子导轨和第二子导轨(40、42)，并且
其中，所述连接器件(5)具有带压头(520)的轭(52)和配属的支座(50)，其中，所述直流电压联接导体(20、22)的各自的接触部段(200、220)与所述电容器器件(3)或所述直流电压汇流排(4)的按电路要求配属的接触部段(300、320、400、420)在法线方向上面式上下叠置地在所述压头(520)与所述支座(50)之间夹紧，并且因此彼此力锁合地导电连接，所述电容器器件或所述直流电压汇流排至少在各自的接触部段处和附近的区域中在其各自在那里的法向量的方向上彼此紧密相邻地构造。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，借助所述轭(52)与所述支座(50)之间的螺纹连接(54)构造出导入所述连接器件(5)中的压力导入。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述直流电压联接导体(20、22)分别具有从接触部段侧向凸出的并且进而并不在主电流流动方向中的紧固部段(26、28)。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述轭(52)与所述支座(50)之间的螺纹连接(54)贯穿配属的紧固部段(26、28)的缺口(240)。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述支座(50)是所述功率半导体模块(2)的部件或是所述电容器器件(3)的部件。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述轭(52)是所述功率半导体模块(2)的部件或是所述电容器器件(3)的部件或是不依赖于所述功率半导体模块或所述电容器器件的结构组件。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述压头(520)与所述轭(52)弹性连接。
8.根据权利要求3所述的装置，其中，所述直流电压汇流排(4)或者所述电容器器件(3)在其仍未与所述功率半导体模块(2)导电连接的情况下具有如下第一、第二子导轨(40、42)或电容器联接导体(30、32)，所述第一、第二子导轨或所述电容器联接导体在各自的接触部段附近的区域中在其各自在那里的法向量的方向上彼此紧密相邻地构造，并且所述第一、第二子导轨或所述电容器联接导体的各自的接触部段借助所述轭(52)与配属的直流电压联接导体(20、22)的配属的紧固部段(26、28)力锁合地且导电地连接，所述配属的紧固部段由此构造出另外的接触部段(260、280)。
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