CN106536916B - 用于机动车辆的电路装置和电路装置的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的电路装置，该电路装置具有至少一个半导体元件30和至少一个第一金属承载板2a和金属电路板2b。当承载板2a与电路板2b电绝缘地间隔并且承载板2a通过至少一个半导体元件30与至少其中一个电路板2b电连接从而承载板2a和电路板2b形成电气的三极时，则提供了多样化的应用范围。

Description

用于机动车辆的电路装置和电路装置的应用

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的电路装置以及用于机动车辆的电路装置在各种应用中的用途。

背景技术

在机动车辆技术的领域中增加着的成本压力导致电子元件也必须适用于各种使用目的。当前的实践中，特别是在电力电子设备中，例如在电池管理中、在启停技术中以及例如在回收过程中的充电管理中使用个性化的电路装置。然而这些以适应结构空间的方式设置在电池电缆的区域中的个性化的电路装置在研发中复杂并且因此昂贵。因为必须为每个应用研发与此合适的电路装置，其单位数量也不能量化。

发明内容

这些缺点造成了本发明的任务，即，提供一种用于在机动车辆中的电力电子设备的电路装置，该电路装置以这样的方式模块化，即，使其可以根据装配方式而定地用于各种目的。

该目的根据本发明通过根据权利要求1的电路装置以及根据权利要求24的电路装置的应用实现。

根据本发明的电路装置具有至少一个半导体元件。例如，这里可以使用晶体管，例如FETs、MOSFETs、IGBTs、晶闸管或类似元件。

根据本发明，电路装置装配有至少一个半导体元件，其中，装配优选通过SMD((Surface-Mounted-Device)表面安装器件)技术进行。

为了多样化的适用性，必须以这样的方式构造电路装置，即，在区别最大的应用情况下可以在相同的布局上进行装配和随后的电路接通。也即，电路装置的几何形状以及布置尽可能地就许多不同的应用情况而言以相同的方式构造。特别布设、尤其是电路板的布置这样实施，即，自身同样的布置始终可以在区别最大的应用中使用。这样的优点在于，根据本发明的电路装置可以高产量生产并且可以根据相应的使用目的以半导体元件进行装配。通过半导体元件的合适的调控，于是电路装置可以用于在机动车技术内的不同的应用领域。可以这样实现一致的装置构造，即，设置一个第一金属承载板和两个金属电路板。

承载板以及电路板用作一个或多个半导体元件的机械载体并且因为它们是金属的而能非常好地导热。由此实现了，在电力电子的领域中，对于半导体元件而言足够好的散热。因此，可以实现电路装置例如对于50安培，100安培和更大的电流的载流能力的增加。

特别地，优选用作电动汽车或混合动力汽车中的整流器。优选地，建议在大于10A的、优选大于50A的或大于300A的电流下工作的应用中使用。

以电绝缘的方式隔开承载板和电路板。在此可以形成间隙，例如在承载板和电路板之间的气隙。该间隙也可以填充绝缘材料。

在装配中，承载板通过至少一个半导体元件与至少其中一个电路板电连接。优选地，设置至少两个半导体元件并且承载板分别通过至少各一个半导体元件分别与其中各一个电路板电连接。从支承板到电路板的电流路径分别通过至少各一个半导体元件引导。根据半导体元件的类型和/或半导体元件的调控，可以在电路板和承载板之间实现适合于相应的使用目的的不同的电路。

已经证明，如果半导体元件将承载板和电路板连接从而使承载板和电路板形成电三极时，这种情况下模块化程度特别高。在运行中，通过半导体元件的适当调控，以这样的方式运行电路装置，即，使得载板和电路板各自可以具有不同的电势。然而，也可以使电路板短路连接，从而从三极变成两极。然而，这取决于各个应用。然而，布设总是能够通过半导体的控制、特别是栅极/基极的控制而实现三极。该控制通过电路板上的导电电路实现并且对于所有应用而言布设优选是相同的。

根据本发明的三极可以用于各种不同电路中。例如建议在电子电池安全连接端子中使用或为了电子电池安全连接端子而使用电气的三极。这种电子电池安全连接端子使得可以将电池，特别是B+极与整车电源断开。在发生碰撞时，必须将电池与整车电源，特别是起动器电路断开。为此，必须能够借助于合适的电力电子元件非常快速地切换电池电缆，并且必要时在电流下切换。根据本发明，电路装置可以以承载板连接到电池电极。至少一个电路板与电池电缆，特别是起动器电缆电连接。在碰撞情况下，可以控制承载板和电路板之间的半导体元件，使得其断开承载板和电路板之间的电连接。

通过使这两个电路板在输出侧短路，由此可以实现电池安全连接端子的载流能力增加。因此，存在从承载板到各一个电路板的两个电流路径。在运行期间，电池电流通过这两个电流路径流动。在碰撞的情况下，这两个电流路径可以彼此断开或共同地关闭。

还可能的是，一个电路板与对安全至关重要的电池电缆连接并且另一电路板与汽车电路的与安全无关的部分电连接。在碰撞情况下，例如承载板和这两个电路板中的第一电路板之间的电连接可以由此断开，从而进行安全至关重要的切断。汽车电路的其余部分可以保持连接到电池。

还可以将根据本发明的电路装置用于启动电流限制。启动电流限制主要用于启停技术领域。在启动时，必须防止整车电源的电压的跌落。然而这通常在起动器开始运转时发生。此时，启动线圈几乎引起电池电极的短路并且电池电压会跌落。然而，必须防止这种情况，即，由于起动器电流过大使得电池电压跌落到临界值以下。因此，在启动时刻必须增加起动器电缆的电阻，这促使对电流的限制。根据本发明的三极因此例如通过承载板与电池电极连接。至少其中一个电路板可以与电池电缆连接。在承载板和电路板之间设置有电阻，该电阻也可以由半导体形成。除了电阻之外，还可以通过半导体元件形成电开关。在启动时刻，打开开关，启动电流通过电阻流动并受到限制。在启动之后的短时间内，开关可以闭合，然后启动电流通过开关以及电阻流动。

因此可以这样实现具有几乎两倍的载流能力的启动限流，即，使这两个电路板都在输出侧与电池电缆连接。承载板可以与电池电极连接。在承载板和各其中一个电路板之间连接至少一个由半导体元件和电阻组成的开关。这两个开关在启动情况下打开并且电流通过这两个电阻从承载板流到电路板。在启动之后，开关可以同时关闭或者串联(kaskadiert)相继关闭并且然后启动电流通过一个或两个开关和电路板从承载板流动到电池电缆。

同样在启动停止技术中能够使用的是，电路装置可以用作汽车电路稳定器。这里，例如可以设置起动器电池以及电源电池。该电路装置可以用作电池的这两个正电极之间的Q-二极管。承载板与整车电源电池的正极连接并且至少其中一个电路板与起动器电池的正极连接。在启动期间，可以打开设置为承载板和电路板之间的开关的半导体元件并且启动电流仅从起动器电池流动到起动器。然后，整车电源电池不通过起动器而负载并保持其电压。开关可以在启动后立即关闭。

开关也可以用作Q-二极管。这导致在电源电池和起动器电池之间的补偿电流仅能够在一个方向上流动。

特别地，电路装置可以这样运作，即，不必强制性地接通三极的所有三个极。还可以切换一个极并且可以通过适当的装配和控制来实现不同的功能。

例如如果电池使用到过充保护，则也是这种情况。这例如对于锂离子电池是必需的。电路装置可以在电池电极和电池单元的输出端之间接通。一个电路板与电池单元的输出端连接并且一个电路板与电池电极连接。承载板一方面通过半导体开关并且另一方面优选通过反并联的二极管来与其中各一个电路板连接。根据开关的设置，电流可以例如仅从电池电极流到电池单元或者反过来从电池单元流到电池电极。这实现了对电池单元进行过充保护以及对于电池单元的深度放电而言的保护电路。还可以实现反极性保护。

在工作期间，根据半导体元件的装配及其调控，电路装置因此提供各种应用可能性。当承载板在运行期间带有三极的第一电势时，提供多种应用。此外，电路板可以承载有三极的两个不同的并且与第一电势不同的电势。

为了形成电三极，建议电路板互相电绝缘。这也可以通过气隙实现。然而当用作电池安全连接端子以及启动限流器时，电路板可以优选地在输出端例如通过接触片互相电短路。然后，电路板显然具有相同的电势并且只与承载板的电势不同。

半导体元件可以设置为在承载板和其中至少一个电路板之间的开关或二极管。

优选地，半导体元件中的一个是晶体管，例如FET，MOSFET，IGBT或类似元件。特别地，无引线MOSFET证明是有利的。半导体元件优选是具有50安培和更高的非常高的安培数的功率半导体。

根据一个实施例，建议至少其中一个电路板具有半导体元件的两个互相电绝缘的触点并且承载板具有半导体元件的恰好一个触点。特别是在半导体元件是晶体管的情况下，其具有至少三个触点，即，基极(例如作为开关连接端)，发射极和集电极(例如均作为电源连接端)；或栅极(开关连接端)和漏极和源极(电源连接端)。此外，在MOSFET中可以设置优选地可以与漏极短路连接的基体连接端。

在电路板上可以实现两个电势，即，在电路板的载体材料或基板上的一个电势以及另一个与之电绝缘的、在电路板的导电电路上的电势。通过这两个电势，使一方面其中一个电源连接端和另一方面开关连接端可以接触。开关连接端优选地与电路板上的导电电路连接并且电源连接端可以与电路板的基板或承载板直接产生电接触。

承载板和电路板优选地具有金属实心材料作为保证其机械稳定性的基板。该材料可以具有半导体连接端的电势，优选地具有半导体元件的电源连接端的电势并且与其短路连接。在这种情况下，即使在运行中也在承载板上存在恰好一个电势。该电势是半导体元件的电源连接端的电势。通过承载板的基板与半导体元件的电源连接件的电短路，可以确保半导体元件的、特别是功率半导体的良好的散热。承载板不仅用作电连接端，而且同时也用作功率半导体的冷却体。

如上所述，电源连接端可以与电路板的基板(载体材料)短路连接。由此，半导体元件的开关连接端可以与设置在电路板上的导电电路短路连接。因此，可以在电路板上引起两个电势，其中，一个电势是三极的电势并且在电路板的基板中引导。用于调控半导体元件的电势优选地不是所述三极的电势。

此外建议，承载板和电路板之间的机械连接通过半导体元件实现。特别地，承载板和电路板之间的位置关系优选地通过半导体元件限定。

优选地，承载板夹芯地设置在这些电路板之间。也即，承载板在相对的两面上由电路板包围。

承载板和电路板沿着表面，优选沿着平的面至少基本上互相平行。优选地，表面这样互相平行，从而能够以半导体元件对承载板或电路板或位于其上的连接区域和接触区域进行SMD装配。在此，公差优选小于1mm。

优选地，平的面，即承载板和电路板的宽的表面基本上互相平行地布置。

承载板和/或电路板或其基体本身是形状稳定。优选地，它们抗弯曲。当承载板和电路板或基体由实心材料、特别地由单一实心材料组成时，冷却效果特别有利。

承载板和/或电路板可以至少部分地覆有绝缘层。特别地在此提供阻焊剂。

在电路装置已经以相应的半导体元件装配并且必要时在承载板和电路板之间设置有其它无源的元件之后，电路装置可以设置在壳体中。通过电路板的导电电路允许半导体元件的外部控制。为此，例如提供插接连接端子，通过该插接连接端子可以连接外部控制电路。电路装置可以封装在壳体中，其中承载板以及电路板一起封装在壳体中。可以从壳体中引出承载板和/或电路板的接触片。这些接触片使得能够将外部电势连接到电路装置。

承载板和电路板或其基板优选地由铝、铜或其合金制成。铜具有非常好的导电性和高导热性的优点。相反，铝明显比铜更轻，这有利于减轻重量的要求。

优选地，承载板和电路板首先由共同的金属基板形成。其可以是扁平的材料，例如带材或金属板材。一件式的基板可以首先通过金属切割方法这样加工，使得承载板和电路板仅通过基体的薄的接片相互连接。可以去掉承载板和电路板之间的基板的其余部分。随后，承载板和电路板可以涂覆绝缘层，例如阻焊剂。在此，接触区域、即接触片片和连接区域可以开槽，从而可以穿过绝缘层接触基体。随后或者也可以在施加绝缘层之前，预制的基板可以与作为半成品以金属覆层，例如镀镍。在随后装配半导体元件之后，接片可以例如以金属切割的方式移除并且承载板和电路板只通过半导体元件互相机械连接。

为了设置在承载板和电路板之间的半导体元件的接触，承载板和/或电路板分别在其端侧末端上具有金属接触片。接触片可以这样设置，即承载板的接触片设置在承载板的远离电路板的接触片的末端上。这意味着，电路板的接触片可以设置在电路装置的端侧的末端上并且承载板的接触片设置在相对的端侧末端上。

为了保证良好的接触，建议接触片不含绝缘材料并且优选同样镀锡。这些接触片像是承载板或电路板一样由相同的基板构成。特别地，接触片由承载板或相应的电路板一件式成型。

在电力电子部件的领域中，在功率半导体存在相当大的温度波动。这些温度根据本发明通过承载板或电路板散出。为了使承载板和电路板上的温度对称，建议将温度传导在额外的、优选金属的基体上。在承载板和基板之间，特别是在其与半导体元件相反的侧面上设置绝缘层。绝缘层防止承载板与电路板的电短路并且优选地实施为导热层。这确保了电路板和承载板之间的温度对称性并且能够实现均匀的散热。

根据本发明还提出了电路装置的用途。根据本发明，电路装置可以在机动车辆内的许多不同的设计方案中使用并且特别是在电池安全端子的领域内，用作启动限流器、汽车电路稳定器、Q二极管或防止电池过充的保护器。

在承载板上施加绝缘层，特别是使承载板电绝缘的绝缘涂层。然而，在连接区域中，承载板没有绝缘层。

为了将在承载板上设置的半导体，特别是功率半导体或高功率半导体直接与承载板电接触并热接触，建议承载板在连接区域中以金属覆层。金属层可以在施加绝缘层之前或在施加绝缘层之后形成。

金属层直接施加到承载板上且随后用于与半导体的接触。半导体的触点在连接区域的金属涂层上电接触。承载板因此用作热的和电的元件。通过金属涂层直接用于半导体与承载板的接触，在半导体和承载板之间确保非常好的热接触。承载板直接用作与半导体端子接触的供电线路并且可以由绝缘层外部的区域电接触，例如在接触片上电接触。

绝缘层优选是阻焊剂，其例如这样施加以使得连接区域没有绝缘层。随后，可以通过镀锡以金属覆层连接区域。

优选地，在金属层之前，将绝缘层压在承载板上。

根据一个实施例，金属层是锡层。锡层优选是大面积地，例如分别以5cm²和0.5mm²之间的连接表面在承载板上施加。

为了机械地支撑半导体并保持电接触部尽可能不受机械应力，建议金属层基本上平面平行于绝缘层的表面。在这种情况下，围绕半导体的触点的非导电区域可以直接平放在绝缘层上。半导体通常具有大面积的漏极或源极触点。优选地，连接区域或金属层在其面积方面应当与半导体的触点的面基本上全等。

在装配期间，半导体可以直接放置在连接区域上。非导电区域、特别是在半导体的边缘区域中的非导电区域可以放置在绝缘层上并且因此半导体的固定特别简单。此外，在半导体的触点和金属涂层之间存在大的接触面，从而除了良好的电接触之外，从半导体的触电到承载板能够进行良好的热传导。

如已经提及的，半导体或半导体的触点通过金属层与承载板电接触。承载板可在自由末端上具有用于与电开关接触的接触片。在此例如可以存在用于容纳接线片的孔。此外，可以在承载板的末端上设置电缆接线柱或压接连接端子，并且这样电路板可以特别容易地电接触。

在此需要特别注意的是，实现高的载流能力。因此，优选地使用具有至少2.5mm²的导体横截面的导体来与电路接触，从而在承载板的末端上的接触部必须具有这样大小的接触面。承载板的导体横截面也选择为至少与导体横截面相应，然而优选大于所连接的导体的导体横截面。

优选地沿着共同的外侧边缘，特别是承载板的纵向边缘，将两个或更多连接区域设置为互相相邻地并且由绝缘层隔开。特别地，多于两个互相对应的连接区域可以设置在承载板的外侧边缘上。连接区域也可以设置在承载板的两个远侧的纵向边缘上。

电路板还具有金属基板。基板可以与金属承载板相同。特别地，可以使用相同的材料、相同的导体横截面和/或相同的形状因子。这使得有利于电路板的批量生产。

电路板的基板也同样在至少一个表面上以电绝缘的方式覆层。由此使用的绝缘体可以首先全面地施加在基板的表面上。特别地，可以使用常规地用作电路板的载体的绝缘体。这可以是塑料片。特别地，由预浸渍的纤维(德语：vorimpraegnierte Fasern)制成的所谓的预浸渍层可以用作绝缘体。随后，在绝缘体上施加导电层。绝缘体和导电层可以与(承载板的)基板全面地压紧。导电层可以例如是铜层。

以已知的方式，如同在常规的电路板的制造中常见的，可以由导电层蚀刻出导电电路。

此外可将绝缘层、特别是绝缘涂层施加到绝缘体和导电层上。这也可以同样是绝缘漆，特别是阻焊剂。这可以在形成导电电路之前或之后进行。

如果还没有蚀刻掉，可通过铣削或钻孔穿透绝缘体以及导电层，以便于形成用于基板的接触区域。在此，绝缘体的窗口状的穿孔可以形成接触区域。在该接触区域中，可以首先暴露基板，以便于随后在上面形成至少一个接触片。

为了现在能够实现半导体的接触部，建议在接触区域中，在基体上设置至少一个金属接触片。在此，接触片与绝缘体和导电层环绕地隔开。接触片在此可以至少从绝缘体的平面突出。如果在绝缘体上形成额外的绝缘层、例如绝缘漆，接触片可以基本上终止在绝缘层的平面中。

为了避免在接触片和导电层之间形成电接触，接触片与导电层完全环绕地隔开。因此，与传统的μvias不同，接触片不适于将导电层的导电电路与基板连接，以使得能够冷却导电层的导电电路。相反，基板作为导电元件与接触片直接接触并且在接触片上可以施加电触点、特别是半导体的电源连接端。与μvias相反的还有，接触表面以绝缘体的窗口状的穿孔的形式而成型，从而简化了其制造。接触表面通常为单个接触片的面积的2至10倍，优选4至7倍的大小。

特别地，当半导体是SMD元件，并且电源连接端子和开关连接端子应该沿着半导体的共同边缘通过位于一个平面上的接触销接触时，有利的是，使接触片基本上平面平行于导电层。在这种情况下，半导体可以施加在接触片上并同时施加在导电层上。于是，使得相对于导电层或接触片的扭转或倾斜变困难。在导电层或导电层的导电电路上，可以接触开关接触销并且接触片可以与电源接触销接触。

特别地，可以形成多个互相相邻地设置的接触片，每个接触片分别具有对应于半导体接触销的接触面。在半导体上，多个电源接触销和开关接触销沿着共同的边缘设置。相应的电源触点设置在远端的边缘上。多个设置在开关接触销侧面的电源接触销可以放置在一个接触片或者多个相邻设置的接触片上并且开关接触销可以放置在导电层上。随后，可以通过SMD焊接特别相对简单的接触。

为了在基板上制造接触片，可以用光刻胶覆层接触区域并且使其随后可以在接触片的区域中以与绝缘体间隔开的方式曝光。在去除光刻胶的曝光的区域之后，在此暴露承载板。在该区域上，随后可以优选化学地制造接触片。在此，光刻胶的或基板的未曝光区域不施加铜。产生的接触片因此与绝缘体以及导电层间隔开。

接触片具有可焊接的金属表面。如上所述，金属表面可以例如通过由施加镍或锡而化学地制造。也可以电镀镍或金。在未曝光区域中化学的施加锡或银也是可能的。可以一直进行接触片的制造，直到其表面平面平行于绝缘层或导电层。在此，平面平行可以理解为接触片与导电层或与绝缘层的平面具有小于10μm和更小的偏差。

为了实现接触片与导电层和/或绝缘层的电绝缘，在接触片和导电层和/或绝缘体之间建议存在间隔或环形空间。接触片和导电层和/或绝缘体之间的间隔在此可以在10mm与0.5mm之间的范围内。

接触垫和导电层和/或绝缘体之间的空间可以不含填充材料。特别地，可以存在气隙。也可以将绝缘层设置在该空间中。

如已经提到的，电源触点可以与接触片连接。为了使优选沿着半导体的相同边缘设置的相应的开关触点与导电层接触，导电层或导电层的导电电路可以具有连接片。连接片具有可焊接的表面并用于连接开关触点。

连接片以及接触片或相邻的接触片可以沿着电路板的共同的外侧边缘设置。

为了半导体在电路板上的接触，设置连接片以及接触片。通过相邻地设置多个接触销，接触片可以接触半导体的多个电气相同类型的销，即电源触点的多个或所有销。接触片可以与半导体的电源接触销的一个或多个销接触。除此之外，连接片可以与半导体的开关触点的销电接触。接触片的焊接区域以及连接片与半导体的接触销互相的距离是相等的。

通过接触片的金属层能够实现承载板/电路板和半导体之间的优异的电连接和热连接。在这方面，建议电源触点通过接触片与基板电接触。

可以在导电层上设置导电电路，特别是由导电层蚀刻的导电电路并且容纳控制开关的至少用于栅极触点的部分。因此，至少可以直接将用于半导体的控制电路的部分设置在电路板上。

根据实施例建议，至少一个连接片和至少一个接触片设置在电路板的外侧边缘的区域中。特别地，连接片和接触片沿着电路板的纵向边缘相邻地设置。连接片可以直接设置在电路板的外侧边缘上的接触片旁边。

为了防止焊接上的半导体的倾斜，建议连接片和接触片基本上互相平面平行地设置。连接片和接触片的焊接区域成形为使得它们基本上位于同一平面中。

根据一个实施例建议，基体具有至少1mm，优选地至少1.5mm但小于50mm的厚度。还建议，承载板的导体横截面大于2.5mm²。

电路板的具有连接区域的外侧边缘可以平行于承载板的容纳接触区域的外侧边缘延伸。这简化了电路板与承载板通过半导体的机械连接。

附图说明

下面借助示出实施例的附图详细地阐释本发明。在附图中示出了：

图1示出了承载板的俯视图；

图2示出了根据图1的承载板的剖面图；

图3示出了根据图1的承载板的另一剖面图；

图4示出了具有接触片和连接片的电路板的俯视图；

图5a示出了根据图4的电路板的详细视图；

图5b示出了根据图5a的电路板的剖面图；

图6示出了根据图5a的电路板的剖面图；

图7示出了为了装配而设置的电路装置的俯视图；

图8示出了已装配的电路装置的俯视图；

图9示出了在接片被移除之前具有电路板和承载板的整个承载板的俯视图；

图10a示出了为了装配而设置的电路装置的俯视图，该电路装置具有额外的热平衡装置；

图10b示出了根据图10a的剖面图。；

图11a-c示出了三极的可能电路的等效电路图。

具体实施方式

图1示出了承载板2a。该承载板2a可以是具有超过10安培，优选超过300安培的载流能力的高电流承载板。为此，该承载板2a具有金属基板。基板具有超过5mm²，优选超过15mm²，特别是超过35mm²的导体横截面。

在承载板2a的俯视图中可以看出承载板2a在第一自由末端4a上具有连接片6a。在所示情况中，连接片6a具有能够用于容纳电缆的孔。承载板2a在自由末端4a上例如涂覆有锡，然而特别地不具有绝缘层。

承载板2a的主要部分，特别是大于三分之二的表面是绝缘的并且至少在平侧面上具有绝缘层8。绝缘层8优选是印刷在承载板2a上的阻焊剂。这可以例如通过丝网印刷工艺实现。

可以看出，多个连接区域10a-h中不存在绝缘层8。代替绝缘层8，在连接区域10a-h中施加金属层12。金属层12优选是锡层或其他适合于焊接的层。

还可以看出，连接区域10a-h设置在承载板2a的相对的侧面边缘14a，14b上。它们通常是承载板2a的纵向边缘。

在用绝缘层8压印承载板2a时，将连接区域10a-h留空并且随后施加金属层12。金属层12可以形成用于半导体的触点。在根据图2的截面II-II中详细说明电路板2a的构造。

图2中可以看出，承载板2a具有金属的基板14。基板14可以由铜或其合金制成。承载板2a还可以具有由铝或其合金制成的芯，并且涂覆铜，合金或锡。

此外，可以看出，将绝缘层8施加到基板14上。在连接区域10a-h中，基板14没有绝缘层8并且施加金属层12。金属层12直接施加到基板14上。如图2所示，可以看出，金属层12基本上沿着与绝缘层8的表面平面平行的表面延伸。

此外，可以看出，连接区域10a-h示例性地分别以由四个连接区域10a，b e，f和10c，d，g，h组成的组互相对应地设置。

图3示出了根据图1的截面III-III。再次看到基板14和绝缘层8。此外可以看出，连接区域10g设置在承载板2a的纵向边缘或外边缘14a上并且连接区域10g设置在承载板2a的纵向边缘或外边缘14b上。可以看出，连接区域10a，g不直接以纵向边缘14a，b结束，而是在层12和纵向边缘之间保留绝缘层8的相对窄的区域。该区域优选小于1mm，优选小于0.5mm，特别是小于0.1mm。然而，也可能的是，金属层12到达到纵向边缘14a，b。

承载板2a适合于连接到晶体管的、特别是以SMD结构的高功率晶体管的漏极或源极触点。这种晶体管在其底面上具有大面积的源极或漏极触点，其可以与金属层12焊接。由于金属层12优选地基本上与源极或漏极触点的表面全等，因此其可以大面积地平放在连接区域10上并且除了发生良好的电接触之外还产生了从半导体通过其漏极或源极触点到基体14中的热能的良好的热导出。

图4示出了电路板2b，其同样具有自由末端4b和连接片6b。自由末端4b和连接片6b与自由末端4a和连接片6a相应地设计。此外，可以看出，将绝缘体16，例如塑料、预浸料或类似材料施加到电路板2b上。可以将该绝缘体16与导电层一起压到金属基板24上。随后，可以通过曝光并蚀刻由导电层产生导电电路18。导电迹电路18与绝缘体16上的电路拓扑结构相应地延伸并且用于连接电力电子器件(未示出)。

朝向外侧边缘24a，可以设置接触片20和连接片22。特别地，连接片22可以与导电电路18直接接触。接触片20设置在绝缘体16的窗口状的穿孔21中。在该穿孔21中首先露出基板24。在形成接触片20之后可以随后施加绝缘层8。在穿孔21中，接触片20通过绝缘间隙、特别是气隙与绝缘体16以及导电电路18或导电层间隔开。可以看到，在穿孔21中设置多个接触片20。直接邻近穿孔21，在绝缘体16上，可以设置对应于接触焊盘20的连接片22。接触片20以及连接片片22的数量可以与功率半导体的接触引脚的数量相应的方式选择。特别地，为了热导出，晶体管具有多个导体接触销和恰好一个开关接触销。开关接触销可以与连接片22连接并且导体接触销可以与接触片20连接。

为了防止接触片20与连接片22电短路，接触片20的导电区域必须与导电电路18绝缘。为此，在绝缘层16以及导电层压到基板24上之后，铣削出或钻出分别与连接片22对应的、直到基板24的穿孔21。接着，可以在穿孔21中将光刻胶曝光。曝光的区域可以对应于接触片20的面。去除光刻胶的该区域并且然后直接在承载板24上例如以化学的方式构造接触片。这种结构在图5a和图5b中在细节23中示出。

图5b示出了横截面Vb-Vb中的细节23。图5b示出了可以与金属基板14相应地设计的金属基板24。可以将绝缘体16和未示出的导电层压到基板24上。随后，可以将导电层曝光并蚀刻，从而在绝缘体16上形成导电电路18。

例如通过钻孔或铣削在穿孔21中去除绝缘体16。在穿孔21中同样可以例如通过钻孔或铣削或者特别是通过蚀刻去除导电层。随后，在穿孔21内部，可以通过热和/或电镀工艺将至少一个接触片20设置到基板24上。可以看到，成型穿孔21使得接触片20与绝缘体16间隔。此外，不存在用于导电层的触点并且也没有与导电电路18的接触。在接触片20形成后，也可以在穿孔21的区域中施加绝缘层8，特别是也可以除了末端4b之外施加在电路板2b的其余部分上。

能够通过曝光并和蚀刻导电层制造的连接片22与导电电路18处于接触。接触片20和连接片22以可焊接的方式覆层和/或由可焊接的材料形成。可以看出，接触片20在其指向外的表面上基本上平行于绝缘层16并且优选地平面平行于导电电路18和连接片22。

图5a示出了细节23的俯视图。可以看出，在穿孔21中设置多个与绝缘体16间隔的接触片22。在穿孔21中去除绝缘体16并且基板24的金属可以直接覆层。还可以看出，连接片22设置在穿孔21的侧面。

图6中示出了图5a的横截面VI-VI。相应于金属层12，接触垫20也对应于外侧边缘或纵向边缘24a，但是优选地通过绝缘体16的接片与它们间隔开。该接片相应于附图3地非常窄，优选小于1mm。还可以省略接片并且接触片20可以直接在纵向边缘24a处终止。

根据图1和图4制造的承载板2a和电路板2b通过气隙28互相间隔地设置。在此，如图7所示，承载板2a夹心式地夹在两个电路板2b之间并通过气隙28隔开。纵向边缘14a面向第一电路板2b的纵向边缘24a并且纵向边缘14b面向第二电路板2b的纵向边缘24a。此外，金属涂层12以及接触片20和连接片22沿着纵向边缘14a，24a或14b，24a以与接触片6a，6b相同的距离设置。这使得当承载板2a设置在电路板2b之间时，则金属涂层12分别朝向接触片20和连接片22。

根据图7设置的承载板2a和电路板2b然后输送到装配装置并装配晶体管30。如图8所示，承载板2a和电路板2b之间的气隙28通过晶体管30机械的和电气的桥接。

晶体管30在其一侧上具有漏极连接端30a。漏极连接端优选地大面积地设置在晶体管30的底面上。漏极连接端30a通过焊接技术焊接到金属层12上。在相对的侧面，晶体管30装配有一个栅极接触销30b和五个源极接触销30c。栅极接触销30b通过焊接与连接片22连接。源极接触销30c通过焊接与接触片20连接。通过将晶体管30焊接到金属层12上或者接触片20上和连接片22上，进行承载板2a到电路板2b的机械固定。

可以这样理解，导电电路18可以用于使栅极接触销30b的控制电子部件接触。还可以进行双面的装配，因此在电路板的顶面和底面设置半导体。

图9示出了金属基板34。其中可以形成基板14和基板24。这可以例如通过在基板34中铣削出相应的间隙36来实现。可以看出，基板34是一体的并且基板14和34通过接片38互相连接并且与基板34机械连接。

这样加工基板34，即如上所述在基板14上形成金属层12并且在基板24上形成接触片20和连接片22。随后或之前，间隙36可以设有基板34中的接片38。

可以看出，承载板2a设置在电路板2b之间并且在此分别通过间隙36间隔开。接触片6a设置在承载板2a的远离接触片6b的末端上。金属层12与各个电路板2b的连接片22和接触片20相对。

可以这样理解，金属层12的概念是指在基板14上形成接触部或连接部，特别是焊接连接部。

如图9所示，例如可以通过SMD进行装配。至少一个晶体管30可以一方面与金属涂层12焊接，另一方面与接触片20和连接片22焊接。在焊料硬化之后，晶体管30将电路板2b与承载板2a机械地和电气地连接。可以移除接片38。于是承载板14和24之间的唯一的机械和电气连接由晶体管30形成。

图10a示出了未装配的根据图9的电路装置。除了承载板2a的基体14和24和电路板2b之外，还设置基板40，该基板也同样优选地由金属制成并且应当实现热对称。为此如图10b所示，基板40设置在电路板2b和承载板2a的下面。可以看出，由导热体、例如热膏构成的绝缘体42在基板14,24和基板40之间形成。如果半导体30在操作中具有热损失并且基板14,24升温，则热能从基板14,24传递到基板40。由此改善了半导体30的冷却并且通过基板40尽可能地均衡温度。

图11a-c示出了根据本发明的电路装置的可能的等效电路图。可以看出，电路装置成型为具有极A，B和C的三极。极A的分接可以在承载板2a的接触片6a上进行。极B的分接可以在第一电路板2b的接触片6b上。极C的分接可以在第二电路板2b的接触片6b上进行。

根据图11a，在极A和分别的B和C之间形成开关44。这可以分别通过晶体管30实现。极A和极B或极C之间的各个电流路径通过开关44保障。为了在电池安全连接端子(SBK)中使用，，极A可以例如夹到电池的B+极。极B或C中的至少一个可以与起动器电缆连接。在碰撞的情况下，可以打开开关44，并且起动器电缆因此可以与电池分开。如果极B和C短路，则SBK的载流能力可以加倍。

图11b示出了在启动限流器(SEB)中的应用。极A与电池的B+极相连。极B可以与起动器电缆连接。电阻器46可以设置为与开关44并联。电阻器也可以设置在接触片20上和在承载板2a和电路板2b之间设置在层12上。在启动时刻，打开开关44，电流只能通过电阻器从电池流向起动器。由此限制电流。在启动器第一次起动之后，开关44闭合并且电池与起动器连接。为了增加启动功率，可以可选地设置另一个电阻器46(虚线表示)，该电阻器设置在极A和极C之间。如果极B和C都与起动器电缆连接，则通过各个电阻的启动电流减半。

图11c示出了其中例如设置了开关44和二极管48的应用。二极管也可以通过层12上和接触片20在承载板2a和电路板2b之间设置上。如果极A与起动器电池连接并且极B与汽车电路电池连接，则开关可用作Q二极管。当启动时，只要打开开关44，来自电源电池的电流就不能流向起动器。可选地，可以设置另一二极管48(虚线)，从而使开关的载流能力加倍。

根据图11c的电路也可以用于保护电池单元。极C可以连接到例如电池单元的正极。极B可以连接到电池的正极。极A不与外部接触。

如果开关44b闭合并且开关44c断开，则可以对电池单元充电。然后来自极B的充电电流可以通过二极管48c流到电池单元。防止电池极性接反。当放电时，可以闭合开关44c并且可以打开开关44b。电流可以通过二极管48b从电池单元流向电池电极。防止电池极性接反。

为了简洁的目的没有详细描述根据本发明的电路装置的其他应用。根据装配和控制而定，可以以相同的构造实现不同的电路。

Claims (25)

1.一种机动车辆电路装置，所述机动车辆电路装置具有：

-至少一个半导体元件和

-至少一个金属的第一承载板和金属的第一电路板以及金属的第二电路板，

-其中所述承载板与所述第一电路板和所述第二电路板通过气隙或者填充绝缘材料的间隙互相电绝缘地间隔，

-并且所述承载板通过至少一个第一半导体元件与至少所述第一电路板电连接，

-承载板通过至少一个第二半导体元件与至少所述第二电路板电连接，从而所述承载板和所述电路板形成电气的三极，

其特征在于，

-所述承载板与第一半导体元件和第二半导体元件的相应的电力连接端子短路连接，其中相应的电力连接端子与直接施加在所述承载板上的金属层电接触，

-第一电路板和第二电路板包括导体电路，并且相应的第一半导体元件和第二半导体元件的电力连接端子通过接触片与电路板短路连接，所述接触片与所述导体电路间隔开，其中所述接触片设置在接触区域内，所述接触区域以窗形开口的形式设置在电路板的绝缘层中，并且相应的第一半导体元件和第二半导体元件的开关连接端子与相应的导体电路短路连接。

2.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述电气的三极至少设置为

A)电子的电池安全连接端子，

B)启动电流限制器，

C)车载电源稳定器，

D)Q二极管，

E)电池过充保护器

这些电路的一个。

3.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

在运行中所述承载板具有三极的第一电势并且所述电路板具有三极的两个不同的并且与第一电势不同的电势。

4.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述电路板互相电绝缘。

5.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述半导体元件在承载板和至少其中一个电路板之间形成开关或二极管。

6.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

至少一个半导体元件成型为晶体管。

7.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述电路板中的至少一个具有半导体元件的两个互相电绝缘的触点并且所述承载板具有半导体元件的一个触点。

8.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板与将承载板与电路板连接的半导体元件的各个连接端构成了共同的电势。

9.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

在运行中，所述承载板上恰好具有一个电势。

10.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述电路板与将电路板与承载板连接的半导体元件的连接端形成一个电势并且为了控制半导体元件，在电路板上引导一个电势。

11.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述半导体元件将所述承载板与所述电路板中的至少一个机械地连接。

12.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板设置为夹心式地在电路板之间和/或所述承载板和电路板设置为至少沿着表面至少互相平行。

13.根据权利要求12所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和电路板的平侧面设置为互相平行。

14.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和/或电路板是形状稳定的和/或抗弯曲的和/或由实心材料构成和/或一体地组成。

15.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和/或所述电路板覆有绝缘层。

16.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和所述电路板都封装在共同的壳体中并且以各一个金属接触片从壳体中引出。

17.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和电路板由铝、铜或其合金形成和/或所述承载板和所述电路板由共同的金属基板组成和/或所述承载板和所述电路板由扁平材料。

18.根据权利要求17所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和所述电路板由带材或板材组成。

19.根据权利要求1所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和所述电路板分别在端侧末端上具有金属接触片。

20.根据权利要求1-19中任一项所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和所述电路板至少部分地镀锡和/或所述接触片与承载板和各个电路板一件式成型。

21.根据权利要求20所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和所述电路板至少部分地在接触片的区域中镀锡。

22.根据权利要求1-19中任一项所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板的接触片设置在远离电路板的金属接触片的末端上。

23.根据权利要求1-19中任一项所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述承载板和所述电路板设置在共同的金属基板上，其中在基板和承载板以及电路板之间设置电的隔离层。

24.根据权利要求23所述的机动车辆电路装置，其特征在于，

所述隔离层是导热层。

25.一种根据权利要求1-24中任一项所述的机动车辆电路装置的应用，所述机动车辆电路装置用于电子的电池安全端子、启动限流器、汽车电源电压稳定器、Q-二极管和/或防止电池过充的保护器。