功率模块、具有功率模块的逆变器的制作方法

：本发明涉及功率模块以及具有所提到的功率模块的逆变器。背景技术：和发明任务：用于转换电流或电压的具有晶体管开关的功率模块和例如用于为电机提供相电流的具有功率模块的逆变器是已知的，并且尤其被使用在电驱动机动车辆的驱动系统中。在此存在总的要求：使功率模块变得效率更高并且同时损耗功率更低。相应地，本技术的任务在于，提供一种效率高并且同时损耗低的功率模块。

背景技术

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、该任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的设计方案是从属权利要求的主题。

2、根据本发明的第一方面，提供一种用于转换电流或电压、尤其是用于应用在用于为电驱动机动车辆的电机提供相电流的逆变器中的功率模块。

3、功率模块具有例如电路板或陶瓷基板或其他已知的可比电路载体形式电路载体，所述电路载体具有用于表面安装第一晶体管开关的第一电连接面和用于表面安装第二晶体管开关的第二电连接面以及多个第三电连接面。

4、在此，第一连接面和第二连接面以及第三连接面以彼此电绝缘的方式实施或布置在电路载体的同一侧上。第一连接面和第二连接面分别沿着电路载体的延伸方向延伸。第三连接面彼此电绝缘(并且与第一连接面和第二连接面电绝缘)并且在延伸方向上并排地实施或布置并且实施或布置在第一连接面和第二连接面之间。

5、上述连接面分别是由金属或金属合金、诸如铜或铜合金制成的连通的导电面。在此，根据功率模块的应用领域，连接面被实施用于传导高达数百安培的电流，具有相应连接面的对应的层厚度和面宽度。尤其是，根据功率模块的功率要求，连接面以相应地平面扩展的方式被实施用于并联连接多个晶体管开关。

6、功率模块此外具有多个例如rc元件形式的缓冲电路或缓冲元件，所述缓冲电路或缓冲元件分别至少部分地形成在电路载体的上侧的多个(部分)区域中的相应一个(部分)区域上，其中所述区域分别部分地跨越第三连接面和第二连接面之一。在此，所述区域分别与相应的相对应的第三连接面和第二连接面部分地重叠。所述区域分别尤其是由与第二连接面邻接的第三连接面的边缘区域、与第三连接面邻接的第二连接面的边缘区域以及可能中间区域组成，所述中间区域从第二连接面伸展到第三连接面。边缘区域尤其是仅是基础区域的一个面积份额，例如不超过50％、30％、20％或10％。中间区域尤其是包含使两个连接面电绝缘的电分离结构，例如连接面之间的沟槽。在这里，可以具有不同电位的导电特征被称为“电绝缘的”。此外，电绝缘的印制导线区段可以处于中间区域中，所述电绝缘的印制导线区段尤其是用作缓冲电路中的连接元件。因此，缓冲电路分别位于第二连接面和第三连接面彼此邻接的区域中，并且尤其是位于一方面电路载体与另一方面第二或第三汇流排之间的区域中。

7、在此，缓冲电路不仅包括缓冲元件的电路部件、诸如电容器和电阻(在rc元件的情况下)，而且包括这些电路部件之间的(内部)电连接、诸如形成在电路载体上的印制导线，并且还包括从相应的缓冲元件到功率模块的相应的相对应(外部)电路部件的(外部)电连接、诸如形成在电路载体上的印制导线或者接合在对应的部件上的接合连接。缓冲电路分别经由这些外部电连接与相应的相对应的第三连接面和第二连接面电连接。电路部件和相应的缓冲元件的内部或外部电连接至少部分地、优选地绝大部分地、尤其是完全地实施或布置在电路载体的上侧的多个区域中的相应一个区域上，其中每个单独的区域分别部分地跨越第三连接面和第二连接面之一，并且从而经由最短的连接路径电连接这两个连接面。

8、取决于功能地，功率模块在运行时产生具有电压峰值的电流中的高频振荡，所述高频振荡在切换感性负载、诸如电机时可能出现并且可能导致功能干扰、甚至导致功率模块或电连接到功率模块上的其他电路的故障。这些高频振荡阻止功率模块更快速地切换晶体管开关以及从而在低损耗功率的情况下以高功率运行功率模块。

9、具有电压峰值的电流中的高频振荡的源在于在运行功率模块时以时钟控制的方式被接通/关断的晶体管开关，并且因此存在于功率模块的正电压侧和负电压侧供电电流接线与相应的晶体管开关之间的(闭合)电路中。在上述功率模块的情况下，两个供电电流接线分别由电路载体的同一上侧上的第二连接面或第三连接面形成。如果功率模块是逆变器的一部分，则第一连接面被形成为功率模块的相电流接线。

10、通过将作为衰减器的缓冲电路直接布置或电连接在电路载体的同一上侧的相应区域(诸如第二连接面或第三连接面)上，将缓冲电路直接并且低电感地放置并且电连接在高频振荡的源处，所述相应区域部分地跨越第二连接面和相应的相对应的第三连接面以及因此跨越(至晶体管开关的)两个供电电流接线。由此，在高频振荡可能经由供电电流接线传播到功率模块的其他电路部件和连接到功率模块上的其他电路设备并且在那里可能引起中断或其他损害之前，缓冲电路可以直接在其源处高效地衰减所述高频振荡。由于缓冲电路到高频振荡的源的小距离，因此缓冲电路的效率被最大化。相应地，晶体管开关可以以高切换速度快速且损耗低地被切换。因此，功率模块可以以高功率并且同时损耗低地被运行。此外这使得功率模块能够使用快速切换且损耗低的晶体管开关。

11、上述功率模块可以被使用在(功率)逆变器、(功率)直流电压变换器、(功率)转换器或可比的(功率)电子设备中，在此处在晶体管开关处在同时低损耗功率的情况下需要高切换速度。

12、例如，缓冲电路分别具有电容器和/或电阻，其中相应的缓冲电路的电容器和/或电阻分别布置在相应的相对应的区域上。

13、例如，缓冲电路分别具有(至少)一个接合连接，其中相应的缓冲电路的接合连接分别(至少部分地)跨越相应的相对应的区域。

14、例如，缓冲电路分别具有至少一个印制导线连接(或印制导线区段)，所述印制导线连接被形成在电路载体的同一上侧上，在所述同一上侧上形成上述连接面。在此，印制导线连接与上述连接面电绝缘或分离。

15、利用上述电容器、电阻、接合连接和/或印制导线区段，缓冲电路可以(仅仅)利用具有许多不同实施的标准构件简单并且成本低地被实现。此外，缓冲电路可以以简单的方式被适配于各种需求、诸如不同的功率要求。

16、例如，第一连接面和/或第二连接面和/或第三连接面被实施为印制导线，所述印制导线形成在电路载体的同一侧上。

17、例如，第一连接面具有第一连接区段，所述第一连接区段横向于延伸方向并且在朝向第二连接面的方向上延伸。在此，第一连接区段和第三连接面在延伸方向上交替或者彼此交错地布置。对此替代地或附加地，第二连接面例如具有第二连接区段，所述第二连接区段横向于延伸方向并且在朝向第一连接面的方向上延伸。在该情况下，第二连接区段和第三连接面在延伸方向上交替或者彼此交错地布置。

18、功率模块例如此外具有多个第一晶体管开关，所述第一晶体管开关表面安装在第一连接面上并且分别经由接合连接与相应的相对应的第三连接面电连接。在此，一个、两个或多个第一晶体管开关可以与同一相对应的第三连接面电连接。

19、功率模块例如此外具有多个第二晶体管开关，所述第二晶体管开关表面安装在第二连接面上并且分别经由接合连接与第一连接面电连接。

20、第一晶体管开关和/或第二晶体管开关例如被形成为碳化硅晶体管开关。

21、通过缓冲电路由于其直接布置在高频振荡的源处而可以直接在源处高效地衰减高频振荡并且从而有效防止其间接损害，这些缓冲电路能够实现晶体管开关的快速且损耗低的切换。相应地，在功率模块中可以使用快速切换和损耗低的碳化硅晶体管开关。

22、功率模块例如此外具有第一汇流排(英文为“busbar”)，所述第一汇流排(例如成形为梳状的并且)具有第一连接凸起部或连接舌(或连接腿)，第一汇流排经由所述第一连接凸起部或连接舌(或连接腿)安放在第一连接面是哪个并且与第一连接面电连接。替代于或附加于第一汇流排，功率模块具有第二汇流排，所述第二汇流排(例如同样成形为梳状的并且)具有第二连接凸起部或连接舌(或连接腿)，第二汇流排经由所述第二连接凸起部或连接舌(或连接腿)安放在第二连接面上并且与第二连接面电连接。替代于或附加于第一或第二汇流排，功率模块具有第三汇流排，所述第三汇流排(例如同样成形为梳状的并且)具有第三连接凸起部或连接舌(或连接腿)，第三汇流排经由所述第三连接凸起部或连接舌(或连接腿)安放在相应的第三连接面上并且与相应的第三连接面电连接。

23、在功率模块具有第二和第三汇流排的情况下，第二和第三汇流排例如(尤其是除了相应的第一连接凸起部或相应的第二连接凸起部之外)在很大程度上彼此重叠地布置。

24、例如，第二和/或第三连接凸起部分别至少部分地跨(über)以下区域之一伸展，所述区域分别部分地跨越第三连接面和第二连接面之一。

25、例如，第二和/或第三连接凸起部分别被成形为使得(中间)空间分别位于或形成于一方面相应的第二或相应的第三连接凸起部与另一方面相应的相对应的区域之间，相应的第二连接凸起部或相应的第三连接凸起部跨所述相应的相对应的区域伸展。缓冲电路之一分别至少部分地布置或放置在这些空间中的相应一个空间中。

26、这些中间空间能够实现缓冲电路的紧凑且节省安装空间的实施，而对附加的安装空间无要求，所述附加的安装空间可能导致在功率模块的结构体积方面的较大尺寸，尤其是增加功率模块的结构高度。

27、优选地，第一连接面和第二连接面分别沿着延伸方向从电路载体的第一端部区域延伸直至电路载体的在延伸方向上背离第一端部区域的第二端部区域。在此，第一连接面和第二连接面可以尤其是彼此平行地延伸。

28、例如，电路载体具有两个彼此背离的外部条带区段以及两个外部条带区段之间的中间条带区段。在此，条状区段例如沿着延伸方向从电路载体的第一端部区域延伸直至电路载体的第二端部区域。此外，第一和第二连接面例如分别分布地形成在两个外部条带区段中的每一个上，其中第三连接面例如形成在中间条带区段上。

29、例如，第一或第二连接区段——根据连接区段中的哪一个具有功率模块——同样形成在中间条带区段上。

30、例如，第一连接面和第二连接面和第三连接面以及上述区域位于电路载体的同一表面上或者形成在电路载体的同一表面上。

31、根据本发明的第二方面，提供一种逆变器，尤其是用于为电驱动机动车辆的电机提供相电流。

32、逆变器具有至少一个先前描述的尤其是用于为电机提供相电流的功率模块和用于运行功率模块的驱动电路以及壳体，其中功率模块和驱动电路布置在所述壳体中并且彼此电连接。

33、一方面第二连接面和另一方面第三连接面优选地是(用于直流电压的)供电电位接线。第一连接面尤其是负载连接面。在经装备的功率模块的情况下，第一晶体管开关彼此并联连接，其中第二晶体管开关也彼此并联连接。第一晶体管尤其是通过第三汇流排被并联连接或者通过到同一第三连接面上的连接被并联连接。第一晶体管和第二晶体管分别成对地形成半桥。第一晶体管尤其是分别形成半桥的低侧开关元件，并且第二晶体管分别形成半桥的高侧开关元件。半桥内的连接点(即一方面第一晶体管与另一方面第二晶体管之间的连接)对应于第一连接面。缓冲电路位于以下区域中，即在所述区域处对应于第一供电电位(接线)的第二连接面与对应于第二供电电位(接线)的第三连接面毗邻。因此，将缓冲电路连接到供电电位上仅需要非常短的线路。供电电位(经由汇流排)的连接可以从一侧进行，而相对的侧可以用于连接连接点(相或负载接线)，例如借助于另一个汇流排，并且因此很少地与供电电位耦合。缓冲电路可以布置在供电电位的汇流排与电路载体之间。