CN117497503A - 功率电子器件模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及功率电子器件模块，其具有：电路板，在其最上层的连接区域上布置预定的最大数量的功率半导体；布置在功率半导体上方的用于三维的功率和控制引导的引线框架，其中，引线框架具有：能与电路板的漏极源极接触部电接触的漏极源极连接部；在功率半导体之上与漏极源极连接部对置的负载源极连接部，其由多个部分区域形成，其中每个部分区域均能与其中一个功率半导体电接触；各一个栅极源极端子和开尔文源极端子，它们布置在负载源极连接部上方并且与功率半导体电接触。在数量与最大数量不相等的功率半导体布置在电路板上的情况下，在最上层的其中每个没有被功率半导体占用的连接区域上布置有由不能导电的材料制成的虚设芯片。

Description

功率电子器件模块
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其是涉及电子模块。
背景技术
在过去的几十年，电子模块例如功率电子器件模块在机动车中的使用大幅增加。这一方面是由于改进节约燃油和车辆性能的需要，另一方面也是由于半导体技术的进步。
为了能够提供能量，需要大量的电子元件，借助它们例如实现桥式电路(例如半桥)，例如半导体功率开关，它们也被称为功率半导体。功率半导体可以安装在完整的功率电子器件模块(也称为功率模块)中或者也可以构造为分立的元件。
功率电子器件模块具有包括安装在其上的功率半导体的电路板，这些功率半导体在电路板上彼此电接触，以用于功率和控制引导。也提供了所谓的引线框架(端子框)，即金属线路载体，以用于向内和向外建立电流连接部。
发明内容
为了实现功率电子器件模块的功率的变化，当前改变芯片尺寸/数量，或者装入由功率半导体所用的半导体材料制成的虚设芯片(其是非功能性的)，或者在相应区域内调整引线框架。因为所有这些选择都不是最优，所以本发明的任务是提供一种功率电子器件模块，通过该功率电子器件模块可实现其功率的改进的变化。该任务通过独立权利要求的特征解决。有利的实施方案是从属权利要求的主题。
建议一种功率电子器件模块，其具有电路板，电路板具有布置在其最上层的连接区域上的功率半导体，其中，电路板具有预定的尺寸，以便在其上布置预定的最大数量的功率半导体。此外，布置在功率半导体上方的引线框架被设置成用于三维的功率和控制引导，其中，引线框架具有如下部分：能与电路板的漏极源极接触部电接触的漏极源极连接部；在功率半导体之上与漏极源极连接部对置的负载源极连接部，其由多个部分区域形成，其中每个部分区域均能与其中一个功率半导体电接触；各一个栅极源极端子和开尔文源极端子，它们布置在负载源极连接部上方并且与功率半导体电接触。在数量与最大数量不相等的功率半导体布置在电路板上的情况下，在最上层的其中每个没有被功率半导体占用的连接区域上布置有由不能导电的材料制成的虚设芯片。
在一个实施方案中，虚设芯片由玻璃、塑料或陶瓷形成。
在一个实施方案中，虚设芯片在其预定的区域上具有涂层，该涂层被设置成用于充当用于紧固引线框架的相应部分的连接层。
在一个实施方案中，一个或多个虚设芯片的尺寸如下这样地选择：该尺寸相当于功率半导体的尺寸。备选地，一个或多个虚设芯片的尺寸如下这样地选择：该尺寸提供当前电位之间所需的绝缘距离并且能够实现引线框架的相应部分的紧固。
在一个实施方案中，电路板被构造为DBC电路板。
在一个实施方案中，电路板、功率半导体、一个或多个虚设芯片、以及引线框架的和负载源极连接部的布置在电路板的区域内的部分被灌封料包围。
此外，提供了功率电子器件模块用于驱控配备有电驱动器的车辆的电动驱动器的应用。另外，提供了机动车的具有被构造成用于驱控电动驱动器的功率电子器件模块的电动驱动器。还提供了具有电动驱动器的机动车。
本发明的其他特征和优点由本发明实施例的以下说明结合示出本发明细节的附图并且由权利要求得到。在本发明的变型方案中，单个特征可以单独或以任意组合实现。
附图说明
以下结合附图进一步阐述本发明优选实施方案。
图1示出根据本发明一个实施方案的功率电子器件模块的基本结构。
具体实施方案
如前已述，在当前功率电子器件模块中，功率例如随着芯片大小和/或芯片数量的改变而变化。在此，省略功率半导体可以通过省略相应的键合线相对简单地实现。在引线框架设计中，省略功率半导体往往导致绝缘问题，这是因为引线框架与通常构造为DBC的电路板(它们具有不同的电位)的间距仅为约0.1mm。在此间距内，模具无法提供所需的绝缘。基于此原因，为了实现扩展，在这种功率电子器件模块中，半导体大小往往要变化。
备选地，装入由功率半导体所用的半导体材料(它们是非功能性的)制成的虚设芯片或者必须在该区域内调整引线框架，然而这导致耗费的专业技能和制造。
为了能够提供功率电子器件模块的功率方面的变化，本发明建议一种功率电子器件模块，其具有电路板3，该电路板具有布置在其最上层31的连接区域上的功率半导体2。电路板3具有预定的尺寸(厚度、长度和宽度)，以便在其上布置预定的最大数量的功率半导体2。图1中是四个功率半导体2。
按照有利方式，电路板3被实施为DBC(直接键合铜，Direct Bonded Copper)电路板3，以下简称DBC 3。在DBC电路板3上布置有功率半导体2，其通过相应连接部(键合、焊点等)被电接触以用于功率和控制引导。
此外，布置在功率半导体2上方的引线框架1被设置成用于三维的功率和控制引导。该引线框架由多部分组成，其中一部分是能与电路板3的漏极源极接触部电接触的漏极源极连接部12。另外的部分是由多个部分区域(其中每个部分区域均能与其中一个功率半导体2接触)形成的负载源极连接部11。其它的部分分别是栅极源极端子13和开尔文源极端子14，以便使功率半导体2与位于DBC印刷电路板3外部的栅极源极引脚和开尔文源极引脚电接触。
根据本发明的构思的特征在于，在为了提供预定的功率而最上层31的非所有设置的连接区域都被占用的功率电子器件模块中，由不能导电的材料制成的虚设芯片20布置在空闲的连接区域上。
有利的是，形成虚设芯片20的材料是玻璃，然而也可以是塑料或陶瓷。重要的是，遵从不同电位(引线框架1和电路板3)之间的绝缘距离。
有利的是，虚设芯片20具有相当于布置在电路板3上的功率半导体2的尺寸(厚度、长度和宽度)的尺寸(厚度、长度和宽度)。备选地，其也可以是更小或更大的(长度和/或宽度)，只要在不同电位(引线框架1和电路板3)之间遵从所需的绝缘距离并且引线框架1的提供负载源极连接部11、栅极源极端子13和开尔文源极端子14的部分可以紧固在其上。为此，在一个实施方案中，虚设芯片20涂覆有适当的连接层。
尤其是当虚设芯片20由玻璃形成时，能够以相对简单的方式施加涂层，该涂层提供如下表面，使得引线框架1的相应部分可以利用且以如在功率半导体2处那样的相同过程紧固在该表面上。
在所有实施方案中，至少可以在电路板3的其上布置了功率半导体2和一个或多个虚设芯片20的区域内设有电绝缘物料，其也可以充当散热件。这种灌封料或模制料(也被称为模制复合物或模制料)可以是树脂或其他在制造过程中被带入到功率电子器件模块中并在其内固化的物料。在此，灌封料或模制料流入所有自由区域并且在装配时也充当单个部件的机械稳定部。
术语功率半导体2不仅包括单个拓扑开关而且也包括半桥/B6桥，以提供逆变器。按照有利方式，引线框架1由适用于冲裁和弯曲的导电金属板材形成。
在本发明范围内的功率电子器件模块用于运行借助蓄电池燃料电池驱动的机动车的电动驱动器。机动车尤其是商用车，例如载重车或公共汽车或者乘用车。功率电子器件模块包括DC/AC逆变器(英文：Inverter)。此外还可以包括AC/DC整流器(英文：Rectifier)、DC/DC转换器(英文：DC/DC Converter)、变压器(英文：Transformer)和/或其他电气变换器或这种变换器的一部分或者是它们的部分。功率电子器件模块尤其用于对电机例如电动马达和/或发电机通电。DC/AC逆变器优选用于从借助能量源例如电池的直流电压生成的直流电流来生成多相的交流电流。DC/DC转换器例如用于将来自燃料电池的直流电流转换为驱动器可用的直流电流(升压)。
针对机动车尤其是乘用车和商用车以及公共汽车的电动驱动器的DC/DC转换器和逆变器被设计成用于高电压范围，尤其是以从约650伏起的反向电压等级来设计。
逆变器系统例如被使用在机动车中。尤其地，机动车可以具有利用电动驱动器电驱动的车桥。原则上，机动车可以被设计成纯内燃机车辆、混合动力车辆或电动车辆。
附图标记列表
1 引线框架
11 负载源极连接部
12 漏极源极连接部
13、14 栅极源极端子和开尔文源极端子
2 功率半导体
20 虚设芯片
3 DBC电路板
31 3的最上层的连接区域

Claims (9)

1.功率电子器件模块，所述功率电子器件模块具有
-电路板(3)，所述电路板具有布置在其最上层(31)的连接区域上的功率半导体(2)，其中，所述电路板(3)具有预定的尺寸，以便在其上布置预定的最大数量的功率半导体(2)，和
-布置在所述功率半导体(2)上方的用于三维的功率和控制引导的引线框架(1)，其中，所述引线框架(1)具有如下部分：
-漏极源极连接部(12)，所述漏极源极连接部能与所述电路板(3)的漏极源极接触部电接触，和
-在所述功率半导体(2)之上与所述漏极源极连接部(12)对置的负载源极连接部(11)，所述负载源极连接部由多个部分区域形成，其中每个部分区域均能与其中一个功率半导体(2)电接触，和
-各一个栅极源极端子和开尔文源极端子(13、14)，所述栅极源极端子和所述开尔文源极端子布置在所述负载源极连接部(11)上方并且与所述功率半导体(2)电接触，
其特征在于，
在数量与所述最大数量不相等的功率半导体(2)被布置在所述电路板(3)上的情况下，在所述最上层(31)的其中每个没有被所述功率半导体(2)占用的连接区域上布置有由不能导电的材料制成的虚设芯片(20)。
2.根据权利要求1所述的功率电子器件模块，其中，所述虚设芯片(20)由玻璃、塑料或陶瓷形成。
3.根据权利要求1或2所述的功率电子器件模块，其中，所述虚设芯片(20)在其预定的区域上设有涂层，所述涂层被设立成用于充当用于紧固所述引线框架(1)的相应部分的连接层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子器件模块，其中，一个或多个虚设芯片(20)的大小被如下这样地选择：
-所述大小相当于所述功率半导体(2)的尺寸，或
-所述大小提供当前电位之间所需的绝缘距离并且能够实现所述引线框架(1)的相应部分的紧固。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子器件模块，其中，所述电路板被构造为DBC电路板(3)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子器件模块，其中，所述电路板(3)、所述功率半导体(2)，一个或多个虚设芯片(20)和所述引线框架(1)的布置在所述电路板(3)的区域内的部分被灌封料(4)包围。
7.根据前述权利要求中任一项所述的功率电子器件模块用于驱控配备有电驱动器的车辆的电动驱动器的应用。
8.机动车的电动驱动器，所述电动驱动器具有被形成用于驱控所述电动驱动器的根据权利要求1至6中任一项所述的功率电子器件模块。
9.机动车，所述机动车具有根据权利要求8所述的电动驱动器。
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