DE102020216480A1 - Leistungsmodul, verfahren zum herstellen des leistungsmoduls, wechselrichter und dc/dc-wandler - Google Patents

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Abstract

Ein Leistungsmodul umfasst Folgendes: einen Träger, der eine Fläche aufweist; eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern, die auf der DBC oder dem IMS vorgesehen sind; ein mit Masse verbundenes Abschirmglied über den Leistungselementen zum Abschirmen der elektromagnetischen Störungen der Leistungselemente; eine Verkapselungsschicht, die die DBC oder das IMS, die Leistungselemente, das Abschirmglied und zumindest einen Teil der äußeren Verbinder abdeckt. Durch Verkapseln des Abschirmglieds im Innern der aus Kunstharz erstellten Verkapselungsschicht wird elektromagnetische Störung der Leistungselemente wirksam abgeschirmt. Die Erfindung offenbart auch ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls und einen Wechselrichter.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul mit einem Innenabschirmglied und ein Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls und einen Wechselrichter, der das Leistungsmodul umfasst.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Wechselrichter wird üblicherweise zum Wandeln von Gleichstrom (,DC‘) in Wechselstrom (,AC‘) verwendet, um eine Dreiphasenlast, wie etwa einen Elektromotor, zu bestromen. Wir nehmen Bezug auf 1 - 2, wo der Wechselrichter ein Leistungsmodul 1, das Leistungselemente 12, wie IGBTs, MOSFETs und SiC-Bauelemente umfasst, und eine Ansteuerungsplatine 2, die diese Leistungselemente 12 ansteuert, enthält. Insbesondere umfasst das Leistungsmodul 1 einen Träger 11 zum Tragen von Leistungselementen 12 und Kontaktstiften oder Anschlüssen 13, wobei der Träger 11 Teil einer DBC (direct bonded copper - direkt gebondetes Kupfer) oder eines IMS (insulated metal substrate - isoliertes Metallsubstrat) sein kann. Ein Kunstharz 14, das eine niedrige Dielektrizitätskonstante und Spannungsarmut aufweist, kann zum Verkapseln des Leistungsmoduls verwendet werden. Die Ansteuerungsplatine 2 umfasst eine Schaltungsplatine 20 mit Elektronikkomponenten 21, 22 (wie etwa Ansteuerchips, Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Trioden usw.) auf beiden Seiten. Die Kontaktstifte übertragen Ansteuersignale zum Ein- und Ausschalten der Leistungselemente 12 und Sensorsignale, wie etwa ein Sensorsignal zum Detektieren der Temperatur. Und die Anschlüsse sind Verbinder, wie etwa AC-Verbinder und DC-Verbinder, die mit anderen Elektrokomponenten gekoppelt sind. Im herkömmlichen Design sind das Leistungsmodul und die Ansteuerungsplatine 2 durch einen relativ großen Abstand H entfernt beabstandet, was zu einer größeren Induktivität einer Gate-Schleife führt. Infolgedessen wird durch die Induktivität der Gate-Schleife eine nichtvernachlässigbare Einstreuung verursacht.
  • Um die Induktivität der Gate-Schleife zu reduzieren, sollte die Ansteuerungsplatine 2 näher an dem Leistungsmodul 1 sein. Allerdings wird das Leistungsmodul 1 die Ansteuerungsplatine 2 stören, sobald die Ansteuerungsplatine 2 dem Leistungsmodul 1 näher kommt, und führt zu einer Fehlfunktion der Leistungselemente, da nämlich ein EMV-Problem (EMV - Elektromagnetische Verträglichkeit) auftritt.
  • Einsetzen eines Elements 3 für elektrische Abschirmung (wie etwa eine Kupferfolie) zwischen das Leistungsmodul 1 und die Ansteuerungsplatine 2 kann das EMV-Problem etwas verbessern. Um einen Kurzschluss zu vermeiden, muss es zwischen dem Leistungsmodul und der Ansteuerungsplatine einen Zwischenraum geben, da die Chips 22 auf der Rückfläche der Schaltungsplatine 20 vorgesehen sind. Da allerdings der Zwischenraum zwischen dem Leistungsmodul und der Ansteuerungsplatine die große Induktivität der Gate-Schleife verursacht, ist das Einstreuungsproblem noch immer nicht beseitigt.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Um das Einstreuungsproblem und das EMV-Problem auszubalancieren, stellt die vorliegende Erfindung ein Leistungsmodul mit einem Innenabschirmglied bereit. Das Leistungsmodul umfasst einen Träger (der beispielsweise ein Teil einer DBC oder eines IMS ist), der eine Fläche aufweist, eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern, die auf der Oberfläche der Fläche vorgesehen sind, ein mit Masse verbundenes Abschirmglied über den Leistungselementen zum Abschirmen der elektromagnetischen Störungen der Leistungselemente, eine Verkapselungsschicht, die die Fläche des Trägers, die Leistungselemente, das Abschirmglied und zumindest einen Teil der äußeren Verbinder abdeckt. Bei diesem Design wird durch Verkapseln des Abschirmglieds im Innern der aus Kunstharz erstellten Verkapselungsschicht elektromagnetische Störung der Leistungselemente wirksam abgeschirmt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leistungsmodul ferner mindestens ein Masseanschlussglied zum elektrischen Verbinden des Abschirmglieds mit der Masse.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abschirmglied mit mindestens einem ersten Durchgangsloch versehen, ist das Masseanschlussglied ein Bolzen oder eine Schraube, und das Abschirmglied wird durch den Bolzen oder die Schraube über das erste Durchgangsloch mit Masse verbunden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird kein Bolzen oder keine Schraube benötigt, und das Abschirmglied ist unmittelbar durch einen Bonddraht mit Masse verbunden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leistungsmodul ferner mindestens ein Abstützglied zum Abstützen des Abschirmglieds innerhalb der Verkapselungsschicht.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt das Abschirmglied über das Abstützglied auf Masse.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Abschirmglied zweite Durchgangslöcher, damit die äußeren Verbinder hindurchgehen können.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Abschirmglied eine Kupferfolie oder eine Aluminiumfolie.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abschirmglied eine Abschirmkappe mit einem Dach, das die Leistungselemente abdeckt, und einer Wand, die sich senkrecht zu dem Dach erstreckt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wand mit mindestens einem Durchgangsloch zum Durchlassen von Füllmaterial versehen.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Träger eine Gestalt einer flachen Platte oder eine Gestalt eines Stiftkühlkörpers.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird außerdem ein Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls offenbart. Das Verfahren umfasst Folgendes: Platzieren eines Trägers in einem Hohlraum einer Gussform, wobei der Träger (der beispielsweise ein Teil einer DBC oder eines IMS ist) eine Fläche und eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern, die auf der Fläche des Trägers vorgesehen sind, aufweist, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um die Fläche des Trägers, die Leistungselemente und zumindest einen Teil von jedem äußeren Verbinder abzudecken, und Bilden einer ersten Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Bereitstellen eines Abschirmglieds zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente auf der ersten Verkapselungsschicht, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um das Abschirmglied abzudecken und Bilden einer zweiten Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Entfernen der Gussform und Anschließen des Abschirmglieds an Masse.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, Anschließen des Abschirmglieds an Masse durch einen Bolzen oder eine Schraube über ein erstes Durchgangsloch auf dem Abschirmglied. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, direktes Anschließen des Abschirmglieds an Masse durch einen Bonddraht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird außerdem ein weiteres Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls offenbart. Das Verfahren umfasst Folgendes: Platzieren eines Trägers in einem Hohlraum einer Gussform, wobei der Träger (der beispielsweise ein Teil einer DBC oder eines IMS ist) eine Fläche aufweist, wobei eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern auf der Fläche des Trägers vorgesehen ist. Platzieren eines Abschirmglieds zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente über den Leistungselementen, wobei das Abschirmglied durch mindestens ein Abstützglied abgestützt und durch mindestens ein Masseanschlussglied an Masse angeschlossen wird, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um die Fläche des Trägers, die Leistungselemente, das Abschirmglied und zumindest einen Teil von jedem der äu-ßeren Verbinder abzudecken, und Bilden einer Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Entfernen der Gussform.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Masseanschlussglied in das mindestens eine Abstützglied integriert.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Abschirmglied zweite Durchgangslöcher, damit die äußeren Verbinder hindurchgehen können.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird außerdem ein weiteres Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls offenbart. Das Verfahren umfasst Folgendes: Platzieren eines Trägers in einem Hohlraum einer Gussform, wobei der Träger (der beispielsweise ein Teil einer DBC oder eines IMS ist) eine Fläche aufweist, wobei eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern auf der Fläche des Trägers vorgesehen ist, Platzieren eines Abschirmglieds zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente auf der Fläche des Trägers, wobei das Abschirmglied eine Abschirmkappe mit einem Dach, das die Leistungselemente abdeckt, und einer Wand, die sich senkrecht zu dem Dach erstreckt, ist, wobei die Wand mit mindestens einem dritten Durchgangsloch zum Durchlassen von Füllmaterial versehen ist, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um die Fläche des Trägers, die Leistungselemente, das Abschirmglied und zumindest einen Teil von jedem der äußeren Verbinder abzudecken, und Bilden einer Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Entfernen der Gussform.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Abschirmglied zweite Durchgangslöcher, damit die äußeren Verbinder hindurchgehen können.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Wechselrichter ein wie oben beschriebenes Leistungsmodul und eine auf dem Leistungsmodul platzierte Ansteuerungsplatine. Weiterhin kann das Leistungsmodul auch auf DC/DC-Wandler und Leistungsanwendungen angewandt werden.
  • Andere Aspekte und Vorteile der Ausführungsformen werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich, welche durch Beispielangabe die Prinzipien der beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen.
  • Figurenliste
  • Die beschriebenen Ausführungsformen und die Vorteile davon können am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden. Diese Zeichnungen beschränken auf keinerlei Weise etwaige Änderungen an Form und Detail, die durch Fachleute an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.
    • 1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Wechselrichters, der ein Leistungsmodul und eine Ansteuerungsplatine umfasst.
    • 2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines weiteren herkömmlichen Wechselrichters mit einem Abschirmglied.
    • 3 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das einen Schritt des Platzierens eines Trägers mit einer DBC, Leistungselementen und äußeren Verbindern in einer unteren Gussform veranschaulicht, gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
    • 4 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das Schritte des Bildens einer ersten Verkapselungsschicht auf der in 3 gezeigten Struktur veranschaulicht.
    • 5 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das Schritte des Platzierens eines Abschirmglieds und eines Stopfens auf der in 4 gezeigten Struktur veranschaulicht.
    • 6 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das Schritte des Bildens einer zweiten Verkapselungsschicht auf der in 5 gezeigten Struktur veranschaulicht.
    • 7 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das ein Leistungsmodul nach Entfernen der Gussform veranschaulicht.
    • 8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Wechselrichters, der ein Leistungsmodul mit einem Innenabschirmglied und eine Ansteuerungsplatine umfasst.
    • 9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Wechselrichters, der ein Leistungsmodul mit einem Innenabschirmglied und eine Ansteuerungsplatine umfasst, gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
    • 10 veranschaulicht eine Draufsicht eines Abschirmglieds, gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
    • 11 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das Schritte des Platzierens eines Abschirmglieds und eines Stopfens auf der ersten Verkapselungsschicht veranschaulicht, gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
    • 12 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das ein Leistungsmodul nach Entfernen der Gussform veranschaulicht, gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
    • 13 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das Schritte des Platzierens eines Abschirmglieds veranschaulicht, gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
    • 14 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das ein Leistungsmodul nach Entfernen der Gussform veranschaulicht, gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung.
    • 15 veranschaulicht eine Perspektivansicht eines Abschirmglieds, gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung.
    • 16 veranschaulicht eine weitere Perspektivansicht eines Abschirmglieds, gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung.
    • 17 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das Schritte des Platzierens eines Abschirmglieds veranschaulicht, gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung.
    • 18 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das ein Leistungsmodul nach Entfernen der Gussform veranschaulicht, gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung.
    • 19 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das Schritte des Platzierens eines Abschirmglieds auf der ersten Verkapselungsschicht in einer Explosionsansicht veranschaulicht, gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung.
    • 20 ist ein Querschnittsstrukturdiagramm, das ein Leistungsmodul nach Entfernen der Gussform veranschaulicht, gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben. Leistungsmodul mit einem Innenabschirmglied, ein Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls und ein Wechselrichter mit dem Leistungsmodul der ersten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 3 - 9 ausführlich beschrieben. Wir beziehen uns auf 7 und 8, wo das Leistungsmodul 10 einen Träger 101, der eine Fläche (beispielsweise eine Vorderfläche) aufweist, mehrere Leistungselemente 102 und mehrere äußere Verbinder 103, die auf der Fläche des Trägers 101 vorgesehen sind, umfasst. In diesem Fall ist der Träger ein Teil einer DBC oder eines IMS. Das Leistungsmodul umfasst ferner ein an Masse angeschlossenes Abschirmglied 30 über den Leistungselementen 102 zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente 102, eine Verkapselungsschicht 104, die die Fläche des Trägers 101, die Leistungselemente 102, das Abschirmglied 30 und zumindest einen Teil der äußeren Verbinder 103 abdeckt. Mehr Details werden in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf das Verfahren zum Herstellen des Leistungsmoduls offenbart.
  • Bezugnehmend auf 3 - 8 wird das Leistungsmodul 10 durch die folgenden Prozesse hergestellt. Zuerst werden ein Träger 101 und mehrere Leistungselemente 102, wie etwa IGBTs oder SiC-Bauelemente, auf der Vorderfläche des Trägers 101 bereitgestellt. Durch Ein- und Ausschalten der Leistungselemente kann Gleichstrom in Wechselstrom gewandelt werden. Mehrere äußere Verbinder 103, wie etwa AC-Verbinder, DC-Verbinder und Kontaktstifte sind ebenfalls auf der Vorderfläche des Trägers 101 vorgesehen. Die AC-Verbinder sind mit einer AC-Komponente verbunden, wie etwa einem Elektromotor, wohingegen die DC-Verbinder an eine DC-Stromversorgung gekoppelt sind. Kontaktstifte übertragen Ansteuersignale zum Ein- und Ausschalten der Leistungselemente 102 und Sensorsignale, wie etwa Sensorsignale zum Detektieren der Temperatur, der Spannung und des Stroms.
  • In 3 ist der Träger 101 mit den Leistungselementen 102 und den äußeren Verbindern 103 auf der unteren Innenfläche einer unteren Gussform 41 mit einem Einspritzloch 10 platziert. Eine obere Gussform (nicht gezeigt) wird mit der unteren Gussform 41 zusammengebaut, um einen Hohlraum zu bilden. Dann wird Kunstharz über das Einspritzloch 10 in den Hohlraum eingespritzt, um den Träger 101, die Leistungselemente 102 und zumindest einen Teil von jedem äußeren Verbinder 103 abzudecken. Nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, ist eine erste Verkapselungsschicht 1041 gebildet, wie in 4 gezeigt ist.
  • Wir beziehen uns nun auf 5, wo ein Abschirmglied 30 zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente auf der ersten Verkapselungsschicht 1041 platziert ist. Das Abschirmglied 30 ist eine Kupferfolie, die die Leistungselemente abdeckt, so dass die elektromagnetische Störung der Leistungselemente durch das Abschirmglied 30 eingedämmt ist. Darüber hinaus wird zum Schutz vor der folgenden Kunstharzeinspritzung ein Stopfen 6 auf dem Abschirmglied 30 platziert.
  • In 6 wird Kunstharz über das Einspritzloch 10 in den Hohlraum eingespritzt, um das Abschirmglied 30 und einen anderen Teil der äußeren Verbinder 103 abzudecken. Eine zweite Verkapselungsschicht ist ausgebildet, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat. Die erste Verkapselungsschicht und die zweite Verkapselungsschicht werden hier zusammen als die Verkapselungsschicht 104 bezeichnet. Die Oberseite der Verkapselungsschicht 104 soll nicht über die Oberseite des Stopfens 6 hinaus reichen. Und dann werden die Gussformen (sowohl die obere Gussform als auch die untere Gussform 41) entfernt. Wir beziehen uns nun auf 7, wo der Stopfen 6 entfernt ist und ein Bolzen 7 in die Verkapselungsschicht eingesetzt ist, um das Abschirmglied 30 an Masse anzuschließen (wobei ein erstes Durchgangsloch gebildet wird, wenn der Bolzen eingesetzt wird). Mittels des Bolzens 7 wird das Abschirmglied 30 elektrisch an die Masse, beispielsweise eines Kühlsystems zum Kühlen der Leistungsmoduls, angeschlossen.
  • Wir beziehen uns nun auf 8, wo ein Wechselrichter, der das Leistungsmodul 10 (der Bolzen ist nicht gezeigt), das durch das oben erwähnte Verfahren hergestellt wurde, und eine Ansteuerungsplatine 20 umfasst, gezeigt ist. Die Ansteuerungsplatine 20 umfasst eine Schaltungsplatine 200, Chips 201 auf der Vorderfläche der Schaltungsplatine 200 und Chips 202 auf der Rückfläche der Schaltungsplatine 200. Die Ansteuerungsplatine 20 ist durch die äußeren Verbinder 103 an das Leistungsmodul 10 gekoppelt. Ansteuersignale zum Ein- und Ausschalten der Leistungselemente 102 und Sensorsignale zum Detektieren charakteristischer Parameter des Leistungsmoduls 10 werden durch die äußeren Verbinder 103 übertragen. Bei dieser Ausführungsform kann die Ansteuerungsplatine 20 so dicht wie möglich an dem Leistungsmodul 10 platziert sein, da das Abschirmglied 30 im Innern der Verkapselungsschicht 104 verkapselt ist. Wir beziehen uns auf 9, wo, in der zweiten Ausführungsform, die Ansteuerungsplatine 20 sogar auf der Deckfläche des Leistungsmoduls 10 platziert sein kann, um den Wechselrichter kompakter zu machen. In 9 befinden sich die auf der Rückfläche der Ansteuerungsplatine 20 vorgesehenen Chips 202 in Kontakt mit der Deckfläche der aus Kunstharz erstellten Verkapselungsschicht 104, ohne die Gefahr eines Kurzschlusses.
  • In diesem Innenabschirmglieddesign ist die Induktivität der Gate-Schleife signifikant reduziert, indem die Ansteuerungsplatine 20 so dicht wie möglich an dem Leistungsmodul platziert ist. Somit ist die durch die Induktivität der Gate-Schleife verursachte Einstreuung vernachlässigbar. Weiterhin wird das EMV-Problem, mittels des Abschirmglieds im Innern der Verkapselungsschicht 104, gut eingedämmt, selbst dann, wenn sich die Ansteuerungsplatine 20 sehr dicht an dem Leistungsmodul 10 befindet. Daher ist der Widerspruch zwischen dem Einstreuungsproblem und dem EMV-Problem entschärft.
  • Bei der dritten Ausführungsform wird das Abschirmglied 30, das dieselben Abmessungen (Länge und Breite) wie der Träger aufweist, wie in 10 gezeigt ist, verwendet. Das Abschirmglied 30 beinhaltet zweite Durchgangslöcher 301, durch die die äußeren Verbinder hindurchgehen. Bei dieser Ausführungsform ist die gesamte Trägerregion durch das Abschirmglied abgedeckt, und die elektromagnetische Störung von den Leistungselementen ist gut abgeschirmt. Das Herstellungsverfahren des Leistungsmoduls in dieser Ausführungsform ist dem der oben erwähnten Ausführungsform ähnlich. Wir beziehen uns nun auf 4, 11 und 12, wo, nachdem die erste Verkapselungsschicht 1041 gebildet wurde, das in 10 gezeigte Abschirmglied 30 auf der ersten Verkapselungsschicht 1041 platziert ist, wobei die äußeren Verbinder 103 durch die zweiten Durchgangslöcher 301 hindurchgehen, und weiterhin ein Stopfen 61 auf dem Abschirmglied platziert ist. Die folgenden Prozesse sind einfach dieselben wie die der oben erwähnten Ausführungsform, wobei das Abschirmglied 30 durch einen Bolzen oder eine Schraube 7 an Masse angeschlossen ist.
  • Wir beziehen uns nun auf 3, 13 und 14, wo die vierte Ausführungsform des Leistungsmoduls und das Herstellungsverfahren zum Herstellen desselben veranschaulicht sind. Bei dieser Ausführungsform wird, durch Abstützen des Abschirmglieds mit Abstützgliedern 31, nur ein Einspritzprozess benötigt. Wie in 13 gezeigt ist, sind die Abstützglieder 31 zum Abstützen des Abschirmglieds 30 auf der DBC vorgesehen. Das Abschirmglied 30 ist über mindestens eines der Abstützglieder 31 an Masse angeschlossen. Weiterhin wird mindestens ein Abstützglied auch als ein Masseanschlussglied verwendet. Alternativ kann das Leistungsmodul vier leitende Säulen an vier Ecken des Abschirmglieds zum Abstützen des Abschirmglieds umfassen, wobei jede leitende Säule das Abschirmglied mit der Masse, wie etwa die Masse des Kühlsystems des Leistungsmoduls, verbindet. Nachdem das Abschirmglied auf den Abstützgliedern abgestützt ist, wird Kunstharz in den durch eine obere Gussform und eine untere Gussform 41 gebildeten Hohlraum eingespritzt, wobei sich die Verkapselungsschicht 104 bildet, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, wonach die Formen entfernt werden. Das Leistungsmodul mit einem Innenabschirmglied ist in 14 gezeigt.
  • Wir beziehen uns nun auf 15 - 18, wo die fünfte Ausführungsform, in der sich ein Abschirmglied 300 mit einer anderen Gestalt befindet, offenbart wird. Das Abschirmglied ist eine Abschirmkappe 300 mit einem Dach 3001, das die Leistungselemente abdeckt, und einer Wand 3002, die sich senkrecht zu dem Dach erstreckt. In dem Dach 3001 sind mehrere zweite Durchgangslöcher 3011 und 3012 vorgesehen, durch die Kontaktstifte (die Sensorsignale übertragen) und Anschlüsse (AC-Verbinder und DC-Verbinder) durchgehen können. In der Wand 3002 sind mehrere dritte Durchgangslöcher 3013 vorgesehen, durch die Füllmaterial hindurchgehen kann. Bei dieser Ausführungsform ist das Füllmaterial Kunstharz.
  • Das Herstellungsverfahren des Leistungsmoduls bei dieser Ausführungsform ist dem ähnlich, in dem eine Kupferfolie als das Abschirmglied verwendet wird, Wie in 17 gezeigt ist, ist die Abschirmkappe 300 auf dem Träger platziert, um die Vorderfläche des Trägers und die Leistungselemente darauf abzudecken, und dann wird Kunstharz eingespritzt, um die Verkapselungsschicht 104 zu bilden. Das Leistungsmodul mit einer Innenabschirmkappe 300 ist in 18 gezeigt. Indem eine Ansteuerungsplatine auf dem Leistungsmodul vorgesehen wird, wie in 18 gezeigt ist, wird ein kompakter Wechselrichter mit exzellenter elektromagnetischer Verträglichkeit ausgebildet, da die Abschirmkappe 300 elektromagnetische Störung der Leistungselemente in allen Richtungen abschirmt.
  • Bei den vorhergehenden Ausführungsformen weist der Träger des Leistungsmoduls eine flache Gestalt auf. Vom Standpunkt thermischer Wirkung ist ein Träger mit der Gestalt eines Stiftkühlkörpers idealer. Die sechste Ausführungsform, die einen Träger beinhaltet, der die Gestalt eines Stiftkühlkörpers aufweist, wird im Weiteren unter Bezugnahme auf 19 und 20 beschrieben. 19 veranschaulicht eine Querschnitts- und Explosionsansicht eines Leistungsmoduls mit der Gestalt eines Stiftkühlkörpers, das in einer Gussform (gebildet aus einer oberen Gussform 402 und einer unteren Gussform 401) bereitgestellt ist, vor der zweiten Kunstharzeinspritzung. Der Träger 101 weist die Gestalt eines Stiftkühlkörpers 1001 auf dessen Rückfläche auf, um Wärme schnell abzuführen. Indem eine Stufe 4011 in der Bodeninnenfläche der unteren Gussform 401 vorgesehen wird, kann der Träger 101 während des Kunstharzeinspritzprozesses stetig in der unteren Gussform platziert sein. Nachdem die erste Verkapselungsschicht 1041 gebildet wurde, wird ein Abschirmglied 30 mit einigen zweiten Durchgangslöchern auf der ersten Verkapselungsschicht 1041 platziert. Die zweiten Durchgangslöcher erlauben Durchgang für äußere Verbinder 103 (Kontaktstifte und Anschlüsse), gefolgt durch den zweiten Kunstharzeinspritzprozess, und die Verkapselungsschicht 104 bildet sich, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat. Ein Leistungsmodul mit der Gestalt eines Stiftkühlkörpers, gezeigt in 20, ist nach Entfernen der Gussform ausgebildet (das Masseanschlussglied ist nicht gezeigt).
  • Eine Reihe alternativer Strukturelemente und Verarbeitungsschritte wurde für die bevorzugte Ausführungsform vorgeschlagen. Somit ist, obgleich die Erfindung mit Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, die Beschreibung für die Erfindung veranschaulichend und nicht als die Erfindung beschränkend aufzufassen. Fachleuten können verschiedene Modifikationen und Anwendungen in den Sinn kommen, ohne vom wahren Wesen und Schutzumfang der Erfindung gemäß der Definition durch die angehängten Ansprüche abzuweichen.

Claims (20)

  1. Leistungsmodul, das Folgendes umfasst: einen Träger, der eine Fläche aufweist; eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern, die auf der Fläche des Trägers vorgesehen sind, ein mit Masse verbundenes Abschirmglied über den Leistungselementen zum Abschirmen der elektromagnetischen Störungen der Leistungselemente; eine Verkapselungsschicht, die die Fläche des Trägers, die Leistungselemente, das Abschirmglied und zumindest einen Teil der äußeren Verbinder abdeckt.
  2. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das Leistungsmodul femer mindestens ein Masseanschlussglied zum elektrischen Verbinden des Abschirmglieds mit einer Masse umfasst.
  3. Leistungsmodul nach Anspruch 2, wobei das Abschirmglied mit mindestens einem ersten Durchgangsloch versehen ist, das Masseanschlussglied ein Bolzen oder eine Schraube ist und das Abschirmglied durch den Bolzen oder die Schraube über das erste Durchgangsloch mit Masse verbunden ist.
  4. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das Abschirmglied durch einen Bonddraht an Masse angeschlossen ist.
  5. Leistungsmodul nach Anspruch 1, wobei das Leistungsmodul femer mindestens ein Abstützglied zum Abstützen des Abschirmglieds im Innern der Verkapselungsschicht umfasst.
  6. Leistungsmodul nach Anspruch 5, wobei das Abschirmglied über das Abstützglied an Masse angeschlossen ist.
  7. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Abschirmglied zweite Durchgangslöcher beinhaltet, durch die die äußeren Verbinder hindurchgehen.
  8. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Abschirmglied eine Kupferfolie oder eine Aluminiumfolie ist.
  9. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Abschirmglied eine Abschirmkappe mit einem Dach, das die Leistungselemente abdeckt, und einer Wand, die sich senkrecht zu dem Dach erstreckt, ist.
  10. Leistungsmodul nach Anspruch 9, wobei die Wand mit mindestens einem dritten Durchgangsloch zum Durchlassen von Füllmaterial versehen ist
  11. Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Träger eine Gestalt einer flachen Platte oder eine Gestalt eines Stiftkühlkörpers aufweist.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Platzieren eines Trägers in einem Hohlraum einer Gussform, wobei der Träger eine Fläche aufweist, wobei eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern auf der Fläche des Trägers vorgesehen ist, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um die Fläche des Trägers, die Leistungselemente und zumindest einen Teil von jedem der äußeren Verbinder abzudecken, und Bilden einer ersten Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Bereitstellen eines Abschirmglieds zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente auf der ersten Verkapselungsschicht, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um das Abschirmglied abzudecken und Bilden einer zweiten Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Entfernen der Gussform und Anschließen des Abschirmglieds an Masse.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei Anschließen des Abschirmglieds Folgendes beinhaltet: Anschließen des Abschirmglieds an Masse durch einen Bolzen oder eine Schraube über ein erstes Durchgangsloch auf dem Abschirmglied; oder Anschließen des Abschirmglieds an Masse durch einen Bonddraht.
  14. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Platzieren eines Trägers in einem Hohlraum einer Gussform, wobei der Träger eine Fläche aufweist, wobei eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern auf der Fläche des Trägers vorgesehen ist, Platzieren eines Abschirmglieds über den Leistungselementen zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente, wobei das Abschirmglied durch mindestens ein Abstützglied abgestützt und durch mindestens ein Masseanschlussglied an Masse angeschlossen wird, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um die Fläche des Trägers, die Leistungselemente, das Abschirmglied und zumindest einen Teil von jedem der äußeren Verbinder abzudecken, und Bilden einer Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Entfernen der Gussform.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das mindestens eine Masseanschlussglied in das mindestens eine Abstützglied integriert ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Abschirmglied zweite Durchgangslöcher beinhaltet, durch die die äußeren Verbinder hindurchgehen.
  17. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Platzieren eines Trägers in einem Hohlraum einer Gussform, wobei der Träger eine Fläche aufweist, wobei eine Vielzahl von Leistungselementen und eine Vielzahl von äußeren Verbindern auf der Fläche des Trägers vorgesehen ist, Platzieren eines Abschirmglieds zum Abschirmen der elektromagnetischen Störung der Leistungselemente auf der Fläche des Trägers, wobei das Abschirmglied eine Abschirmkappe mit einem Dach, das die Leistungselemente abdeckt, und einer Wand, die sich senkrecht zu dem Dach erstreckt, ist, und wobei die Wand mit mindestens einem dritten Durchgangsloch zum Durchlassen von Füllmaterial versehen ist, Einspritzen von Kunstharz in den Hohlraum, um die Fläche des Trägers, die Leistungselemente, das Abschirmglied und zumindest einen Teil von jedem der äußeren Verbinder abzudecken, und Bilden einer Verkapselungsschicht, nachdem sich das Kunstharz verfestigt hat, Entfernen der Gussform.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Abschirmglied zweite Durchgangslöcher beinhaltet, durch die die äußeren Verbinder hindurchgehen.
  19. Wechselrichter, umfassend ein Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1-18 und eine Ansteuerungsplatine, die auf dem Leistungsmodul platziert ist.
  20. DC/DC-Wandler, umfassend ein Leistungsmodul nach einem der Ansprüche 1-18 und eine Ansteuerungsplatine, die auf dem Leistungsmodul platziert ist.
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