CN107046373B - 电子功率模块、电子架构、电压转换器和电机 - Google Patents

电子功率模块、电子架构、电压转换器和电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电子功率模块(10)，其尤其意于集成到电压转换器中，该电子功率模块(10)包括平坦基板(12)，该平坦基板(12)包括：至少一个功率迹线，该功率迹线至少部分用电绝缘材料包覆模制；以及上部面，其意于接收至少一个电子部件(14)，以电连接到所述至少一个功率迹线。

Description

电子功率模块、电子架构、电压转换器和电机
技术领域
本发明的主题是：一种电子功率模块，尤其是意于集成在电压转换器中的电子功率模块；以及这种电子功率模块和电子功率模块支撑件的组合件。
本发明还涉及一种包括这种组合件的电子架构和意于集成到电机中的电压转换器。本发明的另一主题涉及一种包括这种电压转换器的电机。
背景技术
通常，意于为电机供电的电子功率模块需要盒体，该盒体允许电子模块和用于将电子功率模块连接到电机的电气元件的电连接件的电绝缘。这种电子模块通常需要特定的生产线，并因此具有高的生产成本。
发明内容
本发明旨在通过提出一种紧凑的电子功率模块来克服这些缺点，该紧凑的电子功率模块在标准生产线上制造，诸如用于借助于“DBC”(直接敷铜)技术来生产电子模块的生产线。
为此目的，本发明的主题是一种电子功率模块，尤其意于集成到电压转换器中，所述电压转换器尤其意于集成在电机中，该电子功率模块包括：平坦基板，该平坦基板包括：至少一个功率迹线(power trace)，其至少部分地用电绝缘材料包覆模制；以及上部面，其意于接收至少一个电子部件，以电连接到所述至少一个功率迹线。
有利地，根据本发明的电子功率模块可在标准生产线上制造，使用诸如以下方法：丝网印刷、表面安装部件(“SMC”)的搁放(deposition)、或再熔法，这些方法是用于借助于“DBC”技术生产电子模块的，从而降低这种电子模块的生产成本。此外，这种电子功率模块允许组装和制造方法的简化。
根据本发明的电子功率模块还可包括一个或多个以下特征，以下特征可被单独考虑或根据所有可行的组合被考虑：
-平坦基板没有自平坦基板延伸的、基本垂直于平坦基板的上部面的侧壁；
-平坦基板包括上部部分和下部部分，该上部部分包括至少一个功率迹线，该下部部分包括至少一个敞开的空腔，敞开的空腔的底部至少部分由所述至少一个功率迹线的至少一部分形成；
-平坦基板的下部部分和上部部分通过材料的连续性形成。
本发明还关于一种电子功率模块和电子功率模块支撑件的组合件，尤其意于集成到电压转换器中，包括：
-根据本发明的电子功率模块，所述电子功率模块包括下部部分，该下部部分包括至少一个敞开的空腔；以及
-电子功率模块支撑件，其包括用于接收电子功率模块的接收空腔，该接收空腔包括底部，支撑件的至少一个突起部自该底部以基本垂直的方式延伸；以及
其中，电子功率模块的所述敞开的空腔或每个敞开的空腔意于接收至少一个突起部。
有利地，根据本发明的组合件允许由电子功率模块产生的热量的有效散热，并因此使得可以降低电子功率模块的部件的损耗。
根据本发明的组合件还可包括一个或多个下述特征，下述特征可被单独地考虑或根据所有行的组合被考虑：
-电子模块的所述敞开的空腔或每个敞开的空腔的底部至少部分地由所述至少一个功率迹线的至少一部分形成；
-电子功率模块由所述至少一个突起部机械地支撑；
-接收空腔意于接收一种绝缘材料，以使得电子功率模块嵌置在该绝缘材料中。
本发明的主题还是一种电子架构，尤其意于集成到电压转换器中，其包括多个电子功率模块以及对所述电子功率模块共用的支撑件，以使得每个电子功率模块和支撑件形成根据本发明的组合件。
有利地，根据本发明的电子架构允许由所述多个电子功率模块产生的热量的有效散热，并因此增长电子功率模块的部件的寿命。
此外，多个电子功率模块关联到共用的支撑件允许降低制造成本和时间。
本发明还关于一种电压转换器，尤其意于为电机供电，其包括至少一个根据本发明的电子架构或根据本发明的组合件。
根据本发明的一个实施例，电压转换器可包括散热器，该散热器形成一个或多个电子功率模块的支撑件。
本发明还涉及一种用于机动车辆的电机，其包括与所述电机集成的、至少一个根据本发明的电压转换器。例如，该电机是起动器、起动器-交流发电机或另一车载电机。
附图说明
通过阅读说明书和从以下附图，本发明的其他特征和优势将变得显而易见，在附图中：
图1示出根据本发明的一个实施例的电子功率模块的平坦基板的上部面的视图；
图2示出图1的根据本发明的一个实施例的电子功率模块的平坦基板的下部面的视图；
图3示出根据符合本发明的电子功率模块和电子功率模块支撑件的组合件的一个实施例的分解视图；
图4示出根据本发明的一个实施例的电子功率模块和电子功率模块支撑件的组合件的横截面图；
图5是根据符合本发明的电压转换器的一个实施例的分解视图；以及
图6示出根据图4的符合本发明的组装的电压转换器的一个实施例的横截面图。
应当注意，这些附图没有任何其它目的，而是仅用于描述说明文本，且不以任何方式构成对发明的范围的限制。
在各个附图中，类似的元件由相同的附图标记表示。
具体实施方式
本发明关于一种电子功率模块，其尤其意于集成到电压转换器中。该电压转换器尤其意于从电能量源传送电流到其被集成到其中的电机。特别地，图1和2分别示出根据本发明的电子功率模块10的平坦基板12的上部面20和下部面24。
电子功率模块10包括平坦基板12，平坦基板12包括至少一个功率迹线，其至少部分地用电绝缘材料(优选地用塑料)包覆模制。特别地，在图1中，电子功率模块的平坦基板12包括三个功率迹线16a、16b、16c，其至少部分地用电绝缘材料包覆模制。功率迹线是一种导电迹线，尤其是金属的，例如铜迹线。功率迹线尤其被构造为承受意于流进电机的电流。
每个功率迹线16a、16b、16c包括没有包覆模制部(devoid of overmoulding)的至少一个部分，其尤其意于电连接到电子功率模块10外部的电气元件，诸如随后具体说明的。
平坦基板12的厚度例如可为0.5mm至5mm，通常取决于功率迹线的厚度。例如，功率迹线的厚度可为600微米至2000微米。
优选地，平坦基板12没有自平坦基板12延伸的侧壁、尤其是自平坦基板12的上部面20延伸的侧壁。有利地，这允许布置于共用支撑件上的多个电子模块的同时绝缘，并且还简化制造方法(尤其是对于再熔法)，以及节省电压转换器内的空间。
根据一个优选的实施例，平坦基板12包括上部部分70和下部部分72，其优选地通过材料的连续性形成。特别地，上部部分70(尤其在图1中可见)包括至少一个功率迹线，下部部分72(如在图2中可见)包括至少一个敞开的空腔22。敞开的空腔22的底部优选地至少部分地由功率迹线的至少一部分形成。功率迹线16a、16b、16c的包覆模制部18至少部分地形成敞开的空腔22的边沿。特别地，如图2中所示，电子功率模块10包括两个敞开的空腔22。敞开的空腔尤其允许散热，并将在下面详述。
如图3中所示，电子功率模块10包括至少一个电子部件14，其设置在平坦基板12的上部面20上，以电连接到功率迹线中的一个。
电子功率模块10还可包括至少一个外部连接元件26，其布置在平坦基板12的其上布置有电子部件14同一面上。外部连接元件26可包括导电材料片，其弯曲成“Z”形，以包括与平坦基板12接触的至少一个下部平坦面和意于将功率迹线电连接到电子功率模块10外部的至少一个电气元件的上部平坦面。例如，外部连接元件26可意于将第一功率迹线16a电连接到电机的相
Figure BSA0000140163310000041
或者将第二功率迹线16b电连接到电能量源的正极性极(B+)，或者将第三功率迹线16c电连接到电能量源的负极性极(B-)或接地。
优选地，外部连接元件26和电子部件14在平坦基板12上的安装通过这样实现：搁放焊膏，然后将电子部件14和外部连接元件26搁放在电子功率模块的平坦基板12的表面上(“SMC”)。电子模块10的平坦基板12的电绝缘材料有利地由高温塑料组成，以使得在将电子模块10传至烤炉而用于部件的再熔时不受损。用于制造电子模块的这种方法使得可以降低电子模块10的部件之间的连接数、尤其是电子部件14和外部连接元件26之间的连接数，并由此简化制造和组装电子模块的方法。并且，将电子部件14和外部连接元件26直接安装在平坦基板上允许节省电压转换器内的空间。
特别地，电子部件14和/或外部连接元件26被安装在功率迹线16a、16b、16c上。尤其地，与功率迹线16a、16b、16c的电接触通过电子部件14的或者连接元件26的与功率迹线16a、16b、16c接触的面实现。此外，电子部件14可与其它电子部件14、或者与除该电子部件14安装于其上的功率迹线之外的另一功率迹线电接触，尤其是通过连接线缆(也称作“结合件(bonding)”)。
如上所述的电子功率模块意于被电子模块支撑件28接收。特别地，根据本发明的电子功率模块10和电子模块支撑件28的组合件30在图3和4中示出。组合件30尤其意于集成到电压转换器中。
电子功率模块支撑件28包括接收空腔32，用于接收电子功率模块10。特别地，如图3中所示，功率模块支撑件28包括三个接收空腔32，每个接收空腔32意于接收一个电子功率模块10。
支撑件28允许导热和导电，尤其用于接地(earth pickup)和散热。接收空腔包括底部34，支撑件28的至少一个突起部36自该底部34以基本垂直的方式延伸。电子功率模块10的所述敞开的空腔22或每个敞开的空腔22意于接收至少一个突起部36。
所述突起部36或每个突起部36意于用导热和电绝缘的材料C覆盖，尤其在图4中可见。例如，导热材料C优选地是导热油脂。
电子模块10的每个敞开的空腔22的底部至少部分地由功率迹线的一部分形成。例如，如图4中所示，每个敞开的空腔22的底部由功率迹线16b、16c的两个部分和包覆模制部分形成。当然，敞开的空腔22的底部可由单个或多个功率迹线、或由功率迹线的部分形成。而且，每个空腔22的底部与所述突起部36或每个突起部36接触。特别地，如在图4中可见的，电子功率模块10由至少一个突起部36机械地支撑。换言之，电子功率模块10意于支承在支撑件28的突起部36上。由此导致的电子功率模块10和支撑件28的接收空腔30的底部34之间的空间(在图4中可见)用于电子功率模块10的电和热绝缘。
有利地，支撑件28的接收空腔32意于用绝缘材料A填充，尤其在图4中可见的，使得电子功率模块10被嵌置在绝缘材料A中。绝缘材料可以是绝缘凝胶(例如硅凝胶)或者是绝缘树脂(例如环氧树脂)。
特别地，该构造允许电子模块10的有效绝缘。有利地，功率模块支撑件28是散热器，也称作热量消散器。功率模块10被固定到热量消散器，以允许功率模块10和冷却电路(未示出)之间的热量转移，以使得由电子模块10产生的热量消散。
优选地，如图4中所示，外部连接元件26的意于将功率迹线电连接到电子功率模块10外部的至少一个电气元件的端部自覆盖电子部件14的绝缘材料A层突出。
优选地，电子部件14被绝缘材料A层覆盖。特别地，覆盖电子部件14的绝缘材料层在电子部件14的一端部处具有为至少1mm的上部厚度，该端部与电子部件14的接触平坦基板12那个端部相对。
此外，用于电子模块10的接收空腔32可包括定位元件(未示出)，意于将电子模块10定位在支撑件28上的预定位置中。这些定位元件使得可以方便并保证将电子模块10正确且快速地定位在支撑件28上。
如上所述的多个电子功率模块10和对电子功率模块10共用的支撑件28尤其意于集成到电压转换器中。
特别地，图5示出这种电压转换器38的分解图，该电压转换器38意于集成到电机中，包括一电子架构，即电子功率模块10(在该示例中数量为3个)；以及如上所述的电子模块支撑件28。电压转换器38优选包括散热器，其形成电子功率模块的支撑件。
电压转换器38还可包括电连接器40、电子控制板42、和电子板支撑件44。
有利地，电压转换器38是AC/DC转换器。优选地，电压转换器38被集成到电机的壳体中，尤其是通过将支撑件28定位在电机壳体的端部上。
电子控制板42尤其意于控制电子功率模块10。特别地，电子板42意于经由至少一个电连接元件46与电子功率模块10电连接。
电连接器40被设置在电子功率模块支撑件28和电子板支撑件44之间。电连接器40被构造为将电子模块10电连接到电机的至少一个电气元件(相
Figure BSA0000140163310000071
)和/或电能量源的至少一个电气元件(B+，B-)。电机的电气元件例如是相
Figure BSA0000140163310000072
电能量源的电气元件例如是正DC端子B+、负DC端子B-或接地。优选地，每个相
Figure BSA0000140163310000073
有一个电子功率模块10。此外，如图5所示，电连接器40包括孔48，所述孔48被设计为准许电子模块10的电连接元件46通达到(access to)电子控制板42。
电子控制板的支撑件44被设置在电子功率模块10和电子控制板42之间。电子控制板的支撑件44优选由绝缘物质制成，例如由塑料模制。支撑件44包括具有底部的敞开的空腔50，电子板42意于被接收在该底部上。
支撑件44还包括至少一个空心柱52，用于连接电子板42和电子模块10的所述至少一个电连接元件46意于插入该空心柱52中。尤其在图6中可见的，空心柱52自敞开的空腔50延伸，并被构造为在空心柱52的第一端部54处与敞开的空腔50相通。特别地，电子板支撑件44可包括多个空心柱，每个空心柱意于接收用于每个电子模块10和电子控制板42的电连接元件46。敞开的空腔50意于用绝缘材料填充，使得电子控制板42被嵌置在绝缘材料中。例如，如图6中所示，电子板被嵌置在绝缘材料B中。由此，电子控制板42以有效的方式被绝缘。
有利地，电子控制板支撑件44可包括用于空心柱52的填充元件56。该填充元件56，也称为填充通道，可具有大致的斜坡形状，其优选地为螺旋形形状。
电子控制板42可有利地包括孔58，孔58被设置为与通道56的与敞开的空腔50的底部相通的端部相对。电子板42的孔58允许通过通道56用绝缘材料B填充空心柱52。
填充元件58的一个端部与敞开的空腔50的底部相通，填充元件58的另一端部与空心柱52的侧壁相通。优选地，空心柱52的第二端部60与电子模块10嵌置于其中的绝缘材料接触。这种构造使得可以保证用绝缘材料填充空心柱52，并由此确保电连接元件46的有效绝缘。
优选地，如图6所示，空心柱52的第二端部60与电子功率模块10嵌置于其中的绝缘材料A接触。这种构造使得可以保证用绝缘材料B填充空心柱52，并由此确保电连接元件46对灰尘、液体、气体或此外对潮气的有效绝缘。由此，绝缘材料使得可以消除在电子板42与电子功率模块10的相互连接部处的任何可能的短路风险。
特别地，电子控制板42和电子功率模块10可用相同或不同的绝缘材料A、B绝缘，优选地用相同的绝缘材料，尤其是绝缘凝胶。
电子功率模块10的绝缘材料A与电子控制板42的绝缘材料B之间的接触面尤其位于空心柱52内部，接近空心柱52的第二端部60。
此外，位于电子板42和功率模块10之间且围绕空心柱52的空间是没有物质的，尤其是没有绝缘材料。该无物质的、尤其是无绝缘材料的空间，特别地具有留出用于空气流通的自由空间的作用，由此允许通过对流进行冷却。此外，这种构造使得可以降低电压转换器36的制造成本，尤其是借助于节省绝缘材料。该无物质的空间至少部分地接收电连接器40。
此外，敞开的空腔50的底部优选地包括定位元件62，定位元件62意于将电子板42定位在支撑件44上的预定位置中。换言之，布置在电子板支撑件44上的定位元件62意于与电子板42的互补定位元件64协作。例如，在图5中，示出了六个定位元件62，每个包括以与敞开的空腔50的底部垂直的方式自该底部突出的凸部(lug)。如图5中所示，定位元件62可具有圆柱形形状。电子板的六个互补定位元件64是定位孔，所述定位孔优选地呈现这样的横截面：该横截面的形状和尺寸与定位元件62的形状和尺寸互补。例如，如图5中所示，互补定位元件64呈现出圆形的横截面。这些定位元件62使得可以将电子板42正确并快速地定位在支撑件44上，由此允许电子板42与电子功率模块10的有效的电连接。此外，敞开的空腔50的底部30有利地包括用于引导所述至少一个电连接元件46的引导元件66，引导元件66设置在空心柱52的第一端部54处并意于将所述至少一个电连接元件46引导向电子板42。例如，在图5中，敞开的空腔50的底部包括三组引导元件66。引导元件66包括引导孔68，优选地对于每个电连接元件46有一个引导孔68。引导孔68使得可以为了电子模块10与电子板42的电连接而将电连接元件46重定中心，由此正确地连接电子模块10与电子板42。优选地，为了允许更好地将电连接元件46重定中心，引导孔68的面对电子模块10的横截面大于引导孔68的面对电子板42的横截面。例如，在图6中，两个引导元件66呈现圆形横截面并包括延续有圆柱部分的截锥形部分。
已经在电压转换器的框架内描述了电子功率模块，该电压转换器意于集成到由其供电的电机中。电机尤其意于被装载到机动车辆中，以允许起动车辆的内燃发动机和/或自车辆的内燃发动机产生电能。特别地，电压转换器被附连到电机的壳体上，例如，通过旋拧到电压转换器中的孔中。当然，本发明决不限制于所描述和说明的实施例，实施例仅以示例的方式被给出。相反地，符合本发明的电子功率模块的其它应用也是可行的，而不脱离本发明的范围。特别地，电压转换器可独立于电机，例如通过被安装在支撑件上而不是电机上。

Claims (11)

1.一种电子功率模块(10)和电子功率模块支撑件(28)的组合件(30)，包括：
电子功率模块(10)，其包括平坦基板(12)，该平坦基板(12)包括：至少一个功率迹线(16a、16b、16c)，至少部分地用电绝缘材料包覆模制；上部面(20)，用于接收至少一个电子部件(14)，以电连接到所述至少一个功率迹线(16a、16b、16c)；上部部分(70)，包括所述至少一个功率迹线(16a、16b、16c)；和下部部分(72)，包括至少一个敞开的空腔(22)，所述敞开空腔(22)的底部至少部分地由所述至少一个功率迹线(16a、16b、16c)的至少一部分形成；以及
电子功率模块支撑件(28)，其包括用于接收所述电子功率模块(10)的接收空腔(32)，所述接收空腔(32)包括底部，支撑件(28)的至少一个突起部(36)自该底部以基本垂直的方式延伸；且
其中，所述电子功率模块(10)的所述敞开的空腔(22)用于接收至少一个突起部(36)。
2.根据权利要求1所述的组合件(30)，其中，所述平坦基板(12)没有自所述平坦基板(12)延伸的侧壁。
3.根据权利要求1或2所述的组合件(30)，其中，所述平坦基板(12)的下部部分(72)和上部部分(70)通过物质的连续形成。
4.根据权利要求1或2所述的组合件(30)，其中，所述电子功率模块(10)由所述至少一个突起部(36)机械地支撑。
5.根据权利要求1或2所述的组合件(30)，其中，所述接收空腔(32)意于接收绝缘材料(A)，以使得所述电子功率模块(10)嵌置在所述绝缘材料(A)中。
6.根据权利要求1所述的组合件(30)，其中，所述组合件用于集成到电压转换器(38)中。
7.一种电子架构，包括：多个电子功率模块(10)以及对所述电子功率模块(10)共用的支撑件(28)，以使得每个电子功率模块(10)和所述支撑件(28)形成根据前述权利要求中任一项所述的组合件(30)。
8.根据权利要求7所述的电子架构，其中，所述电子架构用于集成到电压转换器(38)中。
9.一种电压转换器(38)，包括至少一个根据权利要求7或8所述的电子架构或根据权利要求1至6中任一项所述的组合件。
10.根据权利要求9所述的电压转换器(38)，包括散热器，该散热器形成一个或多个电子功率模块的支撑件(28)。
11.一种用于机动车辆的电机，包括与所述电机集成的至少一个根据权利要求9或10所述的电压转换器(38)。
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