CN111435631A - 具有母线系统并且具有电容器的电气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气装置，其具有：导电的母线系统；电容器，其具有电容器封装并且导电地连接到母线系统；电容器紧固装置，其布置在母线系统上方，具有保持装置和弹性变形元件，所述保持装置围绕电容器封装布置并且电容器的一部分布置在其中，所述弹性变形元件布置在保持装置和母线系统之间，其中电容器封装形成凹部，在面向母线系统的电容器封装的端区域中，沿垂直于母线系统的法线方向的方向，凹部延伸进入电容器，其中保持装置设计成在母线系统的方向上压靠变形元件，并且使得所述变形元件压靠母线系统，其中作用在变形元件上的压力在这种情况下使所述变形元件变形，并且使变形元件的一部分变形进入凹部。

Description

具有母线系统并且具有电容器的电气装置

技术领域

本发明涉及一种具有母线系统并且具有电容器的电气装置。

背景技术

DE102016112777公开了一种功率半导体装置，其具有：基板；布置在基板上并且导电地连接到基板的功率半导体组件；导电DC电压母线系统；以及电容器，其电容器连接导电地连接到DC电压母线系统。为了紧固电容器，功率半导体装置具有电容器紧固装置，其具有用于保持电容器的保持装置，电容器布置在所述保持装置中，其中导电的母线系统连接元件导电地连接到DC电压母线系统，其在基板方向上从DC电压母线系统延伸，所述母线系统连接元件压靠基板的导电导体轨道，使得母线系统连接元件与基板的这些导体轨道导电地压力接触。电容器紧固装置和DC电压母线系统具有布置在它们之间的弹性变形元件，借助于该弹性变形元件，电容器紧固装置在基板的方向上对DC电压母线系统施加压力。

在功率半导体装置运行期间，特别是在车辆中，电容器暴露于在所有空间方向上作用的高机械振动应力下，这会导致电容器与DC电压母线系统之间的导电连接的故障，例如，因为电容器的电容器连接元件会随着时间的推移而断裂，或者通常将电容器连接导电地连接到DC电压母线系统的焊接接头故障。

发明内容

本发明的目的是使得可以将至少一个电容器可靠地抗振紧固。

该目的通过这样的电气装置来实现：其具有导电的母线系统、电容器和电容器紧固装置；所述电容器具有电容器封装并且导电地连接到母线系统；所述电容器紧固装置布置在母线系统上方，其具有保持装置和弹性变形元件，所述保持装置围绕电容器封装布置并且电容器的一部分布置在其中，所述弹性变形元件布置在保持装置和母线系统之间，其中电容器封装形成凹部，其在电容器封装面向母线系统的端区域中沿垂直于母线系统的法线方向的方向上延伸入电容器，其中保持装置设计为在母线系统方向上压靠变形元件以使得所述变形元件压靠母线系统，其中作用在变形元件上的压力在这种情况下使所述变形元件变形，并且使变形元件的一部分变形进入凹部。

发现有利的是，保持装置具有保持装置板，所述保持装置板具有通孔并且在垂直于母线系统的法线方向的方向上延伸，其中电容器穿过通孔，其中保持装置板设计为在母线系统的方向上压靠变形元件，并且使得所述变形元件压靠母线系统，其中作用在变形元件上的压力在这种情况下使所述变形元件变形，并且使变形元件的一部分变形进入凹部。保持装置板使变形元件的相关部分均匀地变形进入凹部。

此外，发现有利的是，保持装置具有侧壁，所述侧壁在母线系统的法线方向上沿着电容器封装延伸。侧壁例如在运输期间保护电容器免受横向作用的机械冲击。

此外，发现有利的是，保持装置与电容器封装没有机械接触。因此，保持装置中的机械振动只能以非常衰减的方式经由变形元件从保持装置传递到电容器。因此，减小了电容器上的机械振动应力。

此外，发现有利的是，凹部完全围绕电容器延伸。因此，相对于母线系统的法线方向，电容器可以相对于保持装置以任何旋转角度布置。

在此上下文中，发现有利的是，变形元件变形进入凹部的部分环绕电容器，特别是完全地环绕电容器。因此，获得了电容器到电气装置的特别可靠的抗振紧固。

此外，发现有利的是，变形元件具有泡沫结构和/或由弹性体形成，因为在此情况下，变形元件具有特别良好的弹性性质。

此外，发现有利的是，母线系统具有导电的正电势轨和导电的负电势轨，它们通过布置在正电势轨和负电势轨之间的非导电的绝缘层而以彼此电绝缘的方式布置。因此，获得了用于母线系统的紧凑设计。

此外，发现有利的是，功率半导体装置具有根据本发明的电气装置、基板和功率半导体组件，所述功率半导体组件布置在基板上并且导电地连接到基板，其中导电地连接到母线系统的导电的母线系统连接元件在基板的方向上从母线系统延伸，其中保持装置在母线系统的方向上压靠变形元件，并且使得所述变形元件压靠母线系统，并且因此使得母线系统连接元件压靠基板的导电的导体轨道，使得母线系统连接元件与基板的这些导体轨道导电地压力接触。变形元件既用于紧固电容器，又用作压力元件，借助于所述压力元件，母线系统连接元件压靠基板的导电的导体轨道。因此，它具有双重功能。

此外，发现有利的是，功率半导体装置具有压力产生装置，压力产生装置在基板的方向上对保持装置施加压力，其中这使得保持装置在母线系统的方向上压靠变形元件，因为在此情况下，可以以简单的方式通过功率半导体装置本身产生压力。压力产生装置可以是电气装置的一部分。

此外，发现有利的是，压力产生装置是至少一个螺钉的形式，因为在此情况下，压力产生装置是特别简单的形式。

此外，发现有利的是，功率半导体装置具有金属基体，其中基板布置在基体上。金属基体使得可以有效冷却功率半导体组件。

发现有利的是，基板没有材料结合到基体，其中基板压在基体上并且因此基板借助于力配合连接到基板。因此，即使基板没有材料结合到基体，也可以在基板和基体之间获得良好的热连接。

附图说明

在下文中参考以下附图解释了本发明的示例性实施例，其中：

图1从侧面示出了具有根据本发明的电气装置的功率半导体装置的截面图；

图2从上方示出了图1中示出的功率半导体装置的平面图。

具体实施方式

图1从侧面示出了功率半导体装置14的截面图，其具有根据本发明的电气装置1。图2从上方示出了图1中示出的功率半导体装置1的平面图，其中图1中示出的截面图沿着图2中示出的剖面线A延伸。

根据本发明的电气装置1具有导电的母线系统5和均具有电容器封装6a的电容器6，电容器6借助于其导电的电容器连接元件6c导电地连接到母线系统5。应该注意的是，在图1中示出的截面中，均只有各个电容器6的两个电容器连接元件6c的一个能够被看见。母线系统5优选地具有导电的正电势轨(rail)5a和导电的负电势轨5b，其优选地通过非导电的绝缘层5c(例如，塑料膜)以彼此电绝缘的方式布置，所述绝缘层5c布置在正电势轨5a和负电势轨5b之间。在示例性实施例中，母线5采用DC电压母线系统的形式。应该注意的是，如果合适的话，母线系统还可以具有例如中性电势轨，其以与正电势轨和负电势轨电绝缘的方式布置。各个电容器封装6a优选地由至少一种塑料形成。形成电容器6的电容的电容器6的元件布置在电容器封装6a中，这些元件优选地被封装在电容器封装6a中，例如在固化的塑料树脂(例如环氧树脂)中。塑料树脂能够形成电容器封装6a的一部分。可选地，完整的电容器封装6a可以例如通过固化的塑料树脂形成，形成电容器6的电容的电容器6的元件被封装在其中。电容器6优选地用作DC链路电容器，但是其也能够用于另外的目的。在最简单的情况下，也可以仅存在单个的电容器6。

此外，电气装置1具有电容器紧固装置11，所述电容器紧固装置11布置在母线系统5上方，其具有保持装置8和弹性的相应的变形元件7，所述保持装置8布置在电容器封装6a周围并且相应电容器6的一部分均布置在其中，所述弹性的相应的变形元件7布置在相应的保持装置8和母线系统5之间。与保持装置8相关联的变形元件7优选地是彼此集成的形式，正如在示例性实施例中的那样。变形元件7可以是例如变形层7′的区域的形式，其邻接变形层7′中形成的通孔15，用于将电容器6布置在通孔15中。保持装置8优选地是彼此集成的形式，正如示例性实施例中的那样。变形元件7可以具有泡沫结构和/或可以由弹性体形成。变形元件7优选地是泡沫元件的形式。弹性体可以是交联硅橡胶的形式，特别是交联液态硅橡胶的形式或交联固态硅橡胶的形式，或者可以由橡胶形成。

在电容器封装6a面对母线系统5的端区域6b中，在垂直于母线系统5的法线方向NV的方向上，各个电容器封装6a形成延伸进入电容器6的凹部6′。凹部6′优选地具有凹入形状，但是可以自然地具有任何需要的形状，特别地甚至是矩形形状。在图1中，虚线表示在电容器封装6a的端区域6b和电容器封装6a的其余部分之间的边界。

此时，应该注意的是，在本发明的上下文中，母线系统5的法线方向NV理解为母线系统5在多个电容器6的区域中的法线方向NV，或电容器6的区域中的法线方向NV(如果仅存在单个电容器6)。

各个保持装置8在母线系统5的方向上压靠变形元件7，并且将所述变形元件压靠母线系统5，其中作用在变形元件7上的压力D在这种情况下使所述变形元件变形，并且使变形元件7的一部分变形进入凹部6′，这在图1中示出。本发明涉及相应的电容器6，其借助于变形元件7(优选地以在所有空间方向上作用的方式)通过形状配合连接到各个保持装置8。因此，获得电容器6到电气装置1的可靠的抗振紧固。

电气装置1优选地具有压力产生装置9，其优选地是至少一个螺钉的形式，并且在母线系统5的方向上对保持装置8进行推压。保持装置8可以例如借助于至少一个螺钉9拧至(图1中未示出)母线系统5，或者可以借助于至少一个螺钉9拧至(图1中示出)另外一个元件，例如基体2a。

保持装置8优选地具有保持装置板8a，保持装置板8a具有通孔13并且在垂直于母线系统5的法线方向NV的方向上延伸，其中电容器6穿过通孔13，保持装置板8a设计为在母线系统5的方向上压靠变形元件7，并且使得所述变形元件压靠母线系统5，其中作用在变形元件7上的压力D在这种情况下使所述变形元件变形并且使变形元件7的一部分变形进入凹部6′。保持装置8的保持装置板8a优选地是彼此集成的形式，正如示例性实施例中的那样，并且因此优选地是一个完整的板的形式。压力D通过压力产生装置9产生。

各个保持装置8优选地具有侧壁8b，其在母线系统5的法线方向NV上沿着电容器封装6a延伸。

各个保持装置8优选地与电容器封装6a没有机械接触。优选地，在侧壁8b和电容器封装6a之间存在间隙10。

凹部6′围绕电容器6延伸，优选地完全地围绕电容器6延伸。变形元件7变形进入凹部6′的部分环绕电容器6，优选地完全地环绕电容器6。

功率半导体装置14具有电气装置1、基板3和功率半导体组件4，功率半导体组件4布置在基板3上并且导电地连接到基板3。母线系统5的法线方向NV与基板3的法线方向NT一致。各个功率半导体组件4优选地是功率半导体开关或二极管的形式。功率半导体开关通常是晶体管的形式，例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)或MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，或者以晶闸管的形式。基板3具有介电体3a(例如陶瓷体)和导电图案化的第一导电层3b，第一导电层3b布置在介电体3a的主侧上并且连接到介电体3a，并且第一导电层3b的图案意味着其形成导电导体轨道3b′。优选地，基板3具有导电的，优选地未图案化的第二导电层3c，其中介电体3a布置在图案化的第一导电层3b与第二导电层3c之间。正如示例性实施例中的那样，基板3可以例如是直接铜键合基板(DCB基板)，或者是绝缘金属基板(IMS)的形式。功率半导体组件4优选地材料结合(例如，借助于焊料或烧结层)到基板3的相关联的导体轨道3b′。

作为示例性实施例中的一部分，功率半导体组件4导电地连接以形成半桥电路，其可用于例如对整流和逆变电压和电流。功率半导体装置14具有作为电能存储件的电容器6，其缓冲了跨功率半导体装置14产生的DC电压。在示例性实施例中，电容器6像这样用作DC链路电容器，但是它们也可以用于另外的目的。

导电地连接到母线系统5的导电的母线系统连接元件5d从母线系统5在基板3的方向上延伸。各个母线系统连接元件5d优选地是与正电势轨5a或与负电势轨5b集成的形式。各个保持装置8在母线系统5的方向上压靠变形元件7，并且使得所述变形元件压靠母线系统5，并且因此将母线系统连接元件5d压靠基板3的导电的导体轨道3b′，使得母线系统连接元件5d与基板3的这些导体轨道3b′导电的压力接触。

功率半导体装置1优选地具有金属基体2a和压力产生装置9，压力产生装置9优选地是至少一个螺钉的形式。基板3布置在基体2a上。可以经由布置在基体2a和基板3之间的焊料或烧结层将基板3材料结合到基体2a。可选地，可以在基板3和基体2a之间布置导热膏。压力产生装置9，即在当前情况下的至少一个螺钉9，在基板3的方向上对保持装置8施加压力，因此保持装置8在基板3的方向上经由变形元件7推压母线系统5。如果基板3未材料结合到基体2a，则基板3推压基体2a，并且因此借助于力配合连接到基体2a。

作为示例性实施例的一部分，电容器紧固装置11，更确切地说保持装置8，借助于至少一个螺钉9直接拧到基体2a上，正如图1中以示例性方式示出的那样。电容器紧固装置11或保持装置8可以可选地经由至少一个机械插入的元件借助于至少一个螺钉9间接地拧到基体2a上。

基体2a，例如在示例性实施例中，可以是散热器2的组成部分。散热器2可以具有冷却肋片2b或冷却销，其优选地从散热器2的基体2a延伸。散热器2可以是空气冷却散热器或水冷却散热器的形式。可选地，基体2a也可以是旨在安装在散热器(例如，空气冷却散热器或水冷却散热器)上的基板的形式(没有冷却肋片2b或冷却销)。

不言而喻，在根据本发明的电气装置中或在功率半导体装置中，单个引用的特征也可以多倍出现，除非其本身排斥。

此时，应该注意的是，不言而喻，来自本发明的不同示例性实施例的特征可以根据需要彼此组合，除非特征是互斥的。

Claims (14)

1.一种电气装置，其特征在于，其具有导电的母线系统(5)、电容器(6)以及电容器紧固装置(11)，所述电容器具有电容器封装(6a)并且导电地连接到母线系统(5)，所述电容器紧固装置(11)布置在母线系统(5)上方，其具有保持装置(8)和弹性变形元件(7)，所述保持装置(8)围绕电容器封装(6a)布置并且电容器(6)的一部分布置在其中，所述弹性变形元件(7)布置在保持装置(8)和母线系统(5)之间，其中电容器封装(6a)在面向母线系统(5)的电容器封装(6a)的端区域(6b)中形成凹部(6′)，所述凹部(6′)沿垂直于母线系统(6)的法线方向(NV)的方向延伸到电容器(6)中，其中保持装置(8)设计为在母线系统(5)的方向上压靠变形元件(7)，并且使得所述变形元件压靠母线系统(5)，其中作用在变形元件(7)上的压力(D)在这种情况下使所述变形元件变形，并且使变形元件(7)的一部分变形进入凹部(6′)。

2.根据权利要求1所述的电气装置，其特征在于，保持装置(8)具有保持装置板(8a)，所述保持装置板(8a)具有通孔(13)并且在垂直于母线系统(5)的法线方向(NV)的方向上延伸，其中电容器(6)穿过通孔(13)，其中保持装置板(8a)设计为在母线系统(5)的方向上压靠变形元件(7)，并且使得所述变形元件压靠母线系统(5)，其中作用在变形元件(7)上的压力(D)在这种情况下使所述变形元件变形，并且使变形元件(7)的一部分变形入凹部(6′)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电气装置，其特征在于，保持装置(8)具有侧壁(8b)，所述侧壁(8b)在母线系统(5)的法线方向(NV)上沿着电容器封装(6a)延伸。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的电气装置，其特征在于，保持装置(8)与电容器封装(6a)没有机械接触。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的电气装置，其特征在于，凹部(6′)完全围绕电容器(6)延伸。

6.根据权利要求5所述的电气装置，其特征在于，变形元件(7)变形进入凹部(6′)的部分环绕电容器(6)。

7.根据权利要求6所述的电气装置，其特征在于，变形元件(7)变形进入凹部(6′)的部分完全环绕电容器(6)。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的电气装置，其特征在于，变形元件(7)具有泡沫结构和/或由弹性体形成。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的电气装置，其特征在于，母线系统(5)具有导电的正电势轨(5a)和导电的负电势轨(5b)，它们通过布置在正电势轨(5a)和负电势轨(5b)之间的非导电的绝缘层(5c)以彼此电绝缘的方式布置。

10.一种功率半导体装置，其特征在于，其具有根据前述权利要求任一项中所述的电气装置(1)、基板(3)和功率半导体组件(4)，所述功率半导体组件(4)布置在基板(3)上并且导电地连接到基板(3)，其中导电地连接到母线系统(5)的导电的母线系统连接元件(5d)在基板(2)的方向上从母线系统(5)延伸，其中保持装置(8)在母线系统(5)的方向上压靠变形元件(7)，并且使得所述变形元件压靠母线系统(5)，并因此使得母线系统连接元件(5d)压靠基板(3)的导电的导体轨道(3b′)，使得母线系统连接元件(5b)与基板(2)的这些导体轨道(3b′)导电地压力接触。

11.根据权利要求10所述的功率半导体装置，其特征在于，功率半导体装置具有压力产生装置(9)，所述压力产生装置(9)在基板(3)的方向上对保持装置(8)施加压力，其中这使得保持装置(8)在母线系统(5)的方向上压靠变形元件(7)。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的功率半导体装置，其特征在于，压力产生装置(9)是至少一个螺钉的形式。

13.根据权利要求10和11中任一项所述的功率半导体装置，其特征在于，功率半导体装置(14)具有金属基体(2a)，其中基板(3)布置在基体(2a)上。

14.根据权利要求13所述的功率半导体装置，其特征在于，基板(3)没有材料结合到基体(2a)，其中基板(3)压在基体(2a)上，并且因此基板(3)借助于力配合连接到基体(2a)。

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