CN113169162A - 用于将半导体模块与中间回路电容器连接的低电感的连接设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将半导体模块（20）与中间回路电容器（30）连接的低电感的连接设备（10）；所述连接设备包括：至少一个第一接触区域（11a）和与所述第一接触区域（11a）极性相反的第二接触区域（12），所述第一接触区域和所述第二接触区域设置用于与所述半导体模块（20）接触；与所述第一接触区域（11a）极性相反的第三接触区域（13a）和与所述第三接触区域（13a）极性相反的第四接触区域（14），所述第三接触区域和所述第四接触区域设置用于与所述中间回路电容器（30）接触；至少一个第一连接区域（15a），所述第一连接区域设置用于使所述第一接触区域（11a）和所述第三接触区域（13a）相互连接；至少一个第二连接区域（16a），所述第二连接区域设置用于使所述第二接触区域（12）和所述第四接触区域（14）相互连接；其中，所述第一连接区域（15a）和所述第二连接区域（16a）分别构造为彼此隔开的平面的汇流排。

Description

用于将半导体模块与中间回路电容器连接的低电感的连接 设备
技术领域
本发明涉及一种低电感的连接设备、尤其是在半导体模块与中间回路电容器之间的低电感的连接设备。
背景技术
半导体模块与中间回路电容器之间的连接通常这样构造，使得所述连接对电路的负面影响特别少。电路的总电感通常起核心作用。在此，有效的总电感或者中间回路电感是半导体模块的、中间回路电容器的和这两个结构元件之间的连接的电感的和。
尤其在快速切换的结构元件（例如逆变器和变流器）的情况下，使整流单元（Kommutierungszelle）的电感最小化，是至关重要的。结构元件的切换导致与时间和电感有关的电流峰值，其中，结构元件切换得越快并且总电感越高，电流峰值增加。为了避免由于过高的电流峰值而对结构元件造成损伤，在设计技术方面通过电路的总电感来限制结构元件的最大切换速度。
通常，这种结构元件的连接通过例如引线键合、尤其是粗引线键合来实施。特别是在使用现代的、快速切换的SiC结构元件时，这种连接的连接电感过高。因此，例如，半导体模块和中间回路电容器尽可能低电感地相互连接。
因此，在迄今为止的连接概念中，借助于细带状键来实施结构元件的连接，以便进一步降低连接电感。
出于上述原因，存在对连接电感的进一步降低的期望。
发明内容
所提出的用于将半导体模块与中间回路电容器连接的低电感的连接设备包括：至少一个第一接触区域和与第一接触区域极性相反的第二接触区域，所述第一接触区域和所述第二接触区域设置用于与半导体模块接触；至少一个与第一接触区域极性相反的第三接触区域和与第三接触区域极性相反的第四接触区域，所述第三接触区域和所述第四接触区域设置用于与中间回路电容器接触；至少一个第一连接区域，该第一连接区域设置用于使第一接触区域和第三接触区域相互连接；和至少一个第二连接区域，该第二连接区域设置用于使第二接触区域和第四接触区域相互连接。第一连接区域和第二连接区域分别构造为彼此隔开的平面的汇流排。
通过这种方式，通过连接设备的负的路径的电流至少部分地与通过连接设备的正的路径的电流相反。因此，由通过连接设备的分别极性相反的路径的电流流动引起的磁场至少部分地彼此补偿。因此，连接电感、进而中间回路电感进一步减小。
通过这种方式，能够建立半导体模块与中间回路电容器之间的连接，在该连接的情况下，极性相反的路径的相应的连接长度一样长。由此能够避免连接设备的极性相反的路径的不同大小的回线。因此，连接电感、进而中间回路电感能够进一步降低。
优选地，第一连接区域和第二连接区域构造为金属条。
优选地，第一连接区域和第二连接区域通过深冲来构造或者构造为冲弯件，但是也能够通过本领域技术人员视为合适的任何其他方式来制造。
在一种优选的构型中，优选地，第一连接区域和第二连接区域彼此平面平行地布置。
因此，能够特别容易实现电流感应的磁场的上述消除。因此，连接电感、进而中间回路电感进一步减小。
在一种优选的构型中，优选地，第一接触区域、第二接触区域、第三接触区域和第四接触区域彼此平面平行地布置。优选地，第一连接区域和第二连接区域与所述接触区域垂直地布置。
通过这种方式，第一连接区域与第一接触区域以及与第三接触区域之间的过渡部能够以与第二连接区域与第二接触区域以及与第四接触区域之间的过渡部隔开的方式提供。因此，能够特别容易实现电流感应的磁场的上述消除。因此，连接电感、进而中间回路电感进一步减小。
优选地，第一连接区域和第二连接区域彼此平行地布置。
优选地，第一连接区域具有第一接触区段，第一连接区域在该第一接触区段处与第一接触区域连接，并且具有第二接触区段，第一连接区域在该第二接触区段处与第三接触区域连接，其中，第一接触区段和第二接触区段彼此平行地或者彼此平面平行地布置。
优选地，第二连接区域具有第三接触区段，第二连接区域在该第三接触区段处与第二接触区域连接，并且具有第四接触区段，第二连接区域在该第四接触区段处与第四接触区域连接，其中，第三接触区段和第四接触区段彼此平行地或者彼此平面平行地布置。
进一步优选地，第一连接区域和第二连接区域分别具有弯成角度的区段，其中，第一连接区域的弯成角度的区段与第二连接区域的弯成角度的区段平行地布置。
因此，第一连接区域和第二连接区域分别与第一接触区域和第三接触区域以及第二接触区域和第四接触区域的连接点能够与所述连接区域垂直地错位地布置，而不对连接电感产生负面影响。
在一种优选的构型中，第一连接区域和第二连接区域仅通过绝缘层彼此隔开。
优选地，该绝缘层通过绝缘薄膜或者纸层构造，所述绝缘薄膜或者纸层尤其具有小于100微米的厚度。
因此，能够使第一连接区域与第二连接区域之间的间距最小化。因此，由通过连接设备的分别极性相反的路径的电流流动引起的磁场彼此补偿。因此，连接电感、进而中间回路电感进一步减小。
在一种优选的构型中，第一连接区域和第二连接区域分别构造为彼此隔开的、层压的、平面的汇流排。
与具有键合细带的实施方式相比，通过汇流排的平面的构造方式，连接区域形成较小的回线。
因此，连接电感、进而中间回路电感能够进一步降低。
在一种优选的构型中，第一连接区域与第二连接区域之间的间距是恒定的。
因此，由通过连接设备的分别极性相反的路径的电流流动引起的磁场彼此补偿。因此，连接电感、进而中间回路电感进一步减小。
在一种优选的构型中，第二连接区域与第一连接区域至少部分叠合地构造。
优选地，第二接触区域和/或第四接触区域与相应的第一接触区域和第三接触区域叠合地构造。
第一连接区域与第二连接区域的叠合性越高，由通过连接设备的分别极性相反的路径的电流流动引起的磁场彼此补偿得越好。因此，连接电感、进而中间回路电感进一步减小。
在一种优选的构型中，中间回路电容器构造为具有中间回路汇流排。
因此，连接电感、进而中间回路电感能够进一步降低。
在一种优选的构型中，中间回路电容器构造为具有分级式中间回路汇流排，该分级式中间回路汇流排具有第一梯级和第二梯级，其中，第二梯级与第一梯级平行错位地布置，其中，与第一梯级接触的接触区域这样延长，使得该接触区域与第二梯级绝缘地平面地敷设到该第二梯级的上方。
通过这种方式，能够建立半导体模块与中间回路电容器之间的连接，在该连接的情况下，极性相反的路径的相应的连接长度一样长。由此能够避免连接设备的极性相反的路径的不同大小的回线。因此，连接电感、进而中间回路电感能够进一步降低。
改进本发明的其他措施在下文中与对本发明的优选实施例的描述一起根据附图更详细地示出。
附图说明
附图示出：
图1 根据第一实施方式的连接设备；
图2 根据第二实施方式的连接设备；
图3 根据第三实施方式的连接设备；和
图4 通过根据第三实施方式的连接设备的电流流动的示意图。
具体实施方式
图1示出根据第一实施方式的连接设备10，该连接设备用于将半导体模块20与中间回路电容器30连接。连接设备10包括正的第一接触区域11a、负的第二接触区域12、正的第三接触区域13a和负的第四接触区域14。
半导体模块20包括正的第一半导体接触区域21a和负的第二半导体接触区域22。附加地，半导体模块20包括正的第三半导体接触区域21b，该第三半导体接触区域与第一半导体接触区域21a电连接。第一半导体接触区域21a和第三半导体接触区域21b包围第二半导体接触区域22。
中间回路电容器30包括正的第一中间回路接触区域31a和负的第二中间回路接触区域32。附加地，中间回路电容器30包括正的第三中间回路接触区域31b，该第三中间回路接触区域与第一中间回路接触区域31a电连接。第一中间回路接触区域31a和第三中间回路接触区域31b包围第二中间回路接触区域32。
这种设置有另外的正的接触区域（即半导体模块20的第三半导体接触区域21b和第三中间回路接触区域31b）的特别的构型，有助于减小连接电感。通过相同的方式，还能够设置有附加的负的接触区域。
因此，连接设备10附加地具有正的第五接触区域11b和正的第六接触区域13b。
第一接触区域11a与第一半导体接触区域21a接触。第二接触区域12与第二半导体接触区域22接触。第三接触区域13a与第三半导体接触区域31接触。第四接触区域14与第四半导体接触区域32接触。第五接触区域11b与第三半导体接触区域21b接触。第六接触区域13b与第三半导体接触区域31b接触。
连接设备10具有正的第一连接区域15a，该第一连接区域使第一接触区域11a和第三接触区域13a相互连接。此外，连接设备10具有负的第二连接区域16a，该第二连接区域使第二接触区域12和第四接触区域14相互连接。此外，连接设备10具有负的第四连接区域16b，该第四连接区域同样使第二接触区域12和第四接触区域14相互连接。此外，连接设备10具有正的第三连接区域15b，该第三连接区域使第五接触区域11b和第六接触区域13b相互连接。
第一连接区域15a仅通过相对较薄的绝缘薄膜与第二连接区域16a隔开。第三连接区域15b仅通过相对较薄的绝缘薄膜与第四连接区域16b隔开。
第一接触区域11a、第二接触区域12、第三接触区域13a、第四接触区域14、第五接触区域11b和第六接触区域13b平面地构造并且与半导体模块20或者说中间回路电容器30平面平行地布置。第一连接区域15a、第二连接区域16a、第三连接区域16b和第四连接区域15b与半导体模块20或者说中间回路电容器30垂直地布置。
中间回路电容器30构造为具有中间回路汇流排。第一中间回路接触区域31a和第三中间回路接触区域31b通过上接触板34形成。第二中间回路接触区域32通过下接触板33形成，该下接触板布置在上接触板34的下方。在上接触板34中形成有窗口35，该窗口释放通向下接触板33的自由入口。
由于第四接触区域14与下接触板33电连接，然而下接触板33布置在上接触板34的下方，因此，第四接触区域14具有两个成角部，由此，第四接触区域14在第三接触区域13和第六接触区域13b的高度上与第二连接区域16a和第三连接区域16b接触。
第一连接区域15a与第二连接区域16a叠合地构造。第三连接区域16b与第四连接区域15b叠合地构造。
通过所描述的实施方案，通过半导体模块20与中间回路电容器30之间的各个连接区域15a、15b、16a、16b的正的和负的电流路径几乎一样长。
因此，连接设备10的极性相反的、电流感应的磁场能够特别好地相互补偿。
为了进一步减小中间回路电感，多个并联的半导体模块20或者说中间回路电容器30通过多个连接设备10连接，所述多个连接设备分别共用相邻的接触区域，在这种情况下共用第五接触区域11b和第六接触区域13b。
例如，通过这种方式能够实现1.24nH的电感，与普通的具有2.72nH的细带状键（Bändchenbond）解决方案相比，这构成一种减小。
图2示出根据第二实施方式的连接设备110。原则上，所述构造与根据第一实施方式的连接设备10相同。不同之处在于，连接区域115a、115b、116a、116b这样布置在中间回路电容器130处并且窗口135这样构造，使得连接区域115a、115b、116a、116b分别尽可能地靠近窗口135的相应的棱边135a。
例如，电感能够通过这种方式降低到1.16nH。
图3示出根据第三实施方式的连接设备210。原则上，所述构造与根据第一实施方式的连接设备10相同。不同之处在于，中间回路电容器230构造为具有分级式中间回路汇流排。上接触板234构造为上梯级234，并且下接触板233构造为下梯级233。
上接触板234携带正电位。因此，第三接触区域213a和第六接触区域213b同样构造为梯级，所述第三接触区域和所述第六接触区域以与此绝缘的方式（davon isoliert）平面地敷设到下梯级233的上方直至上梯级234。因此，到上梯级234上的正的电流路径比到下梯级233上的负的电流路径长。这对连接电感产生负面的影响。
因此，第四接触区域214这样延长，使得该第四接触区域绝缘地敷设到上梯级234的上方。在此，第四接触区域214在第三接触区域213a和第六接触区域213b的下方叠合地延伸。通过这种方式，正的电流路径和负的电流路径一样长，因为该电流选择电感最小的路线，该路线在这种情况下穿过被延长的负的第二接触区域214。
图4示出在根据第三实施方式的连接设备210的情况下负的电流路径N和正的电流路径P。
第一正电流区域IP1和第二正电流区域IP2流动穿过第一接触区域211a。第一负电流区域INI和第二负电流区域IN2流动穿过第二接触区域212。第三正电流区域IP3流动穿过第一连接区域215a，第三负电流区域IN3流动穿过第二连接区域216a。第四正电流区域IP4和第五正电流区域IP5流动穿过第三接触区域213a。第四负电流区域IN4、第五负电流区域IN5和第六负电流区域IN6流动穿过第四接触区域214。
第一负电流区域IN1的和第二负电流区域IN2的磁场相互补偿（通过电流线路上的圆示出）。第一正电流区域IP1的和第二正电流区域IP2的磁场相互补偿。第三负电流区域IN3的磁场和第三正电流区域IP3的磁场相互补偿。第四负电流区域IN4的、第五负电流区域IN5的和第四正电流区域IP4的磁场相互补偿。第六负电流区域IN6的和第五正电流区域IP5的磁场相互补偿。
由于电流跟随电感最低的路线，负的路径不是在第四负电流区域IN4之后结束，而是沿着第五电流区域IN5和第六负电流区域IN6伸展。
通过这种方式，与细带状键解决方案相比，连接电感能够减小20%。

Claims (9)

1.用于将半导体模块（20）与中间回路电容器（30）连接的低电感的连接设备（10）；所述连接设备包括：
至少一个第一接触区域（11a）和与所述第一接触区域（11a）极性相反的第二接触区域（12），所述第一接触区域和所述第二接触区域设置用于与所述半导体模块（20）接触；
与所述第一接触区域（11a）极性相反的第三接触区域（13a）和与所述第三接触区域（13a）极性相反的第四接触区域（14），所述第三接触区域和所述第四接触区域设置用于与所述中间回路电容器（30）接触；
至少一个第一连接区域（15a），所述第一连接区域设置用于使所述第一接触区域（11a）和所述第三接触区域（13a）相互连接；
至少一个第二连接区域（16a），所述第二连接区域设置用于使所述第二接触区域（12）和所述第四接触区域（14）相互连接；其中，
所述第一连接区域（15a）和所述第二连接区域（16a）分别构造为彼此隔开的平面的汇流排。
2.根据权利要求1所述的连接设备，其中，
所述第一连接区域（15a）和所述第二连接区域（16a）彼此平面平行地布置。
3.根据上述权利要求中任一项所述的连接设备，其中，
所述第一接触区域（11a）、所述第二接触区域（12）、所述第三接触区域（13a）和所述第四接触区域（14）彼此平面平行地布置；其中，
所述第一连接区域（15a）和所述第二连接区域（16a）与所述接触区域（11a、12、13a、14）垂直地布置。
4.根据上述权利要求中任一项所述的连接设备，其中，
所述第一连接区域（15a）和所述第二连接区域（16a）仅通过绝缘层彼此隔开。
5.根据上述权利要求中任一项所述的连接设备，其中，
所述第一连接区域（15a）和所述第二连接区域（16a）分别构造为彼此隔开的、层压的、平面的汇流排。
6.根据上述权利要求中任一项所述的连接设备，其中，
所述第一连接区域（15a）与所述第二连接区域（16a）之间的间距是恒定的。
7.根据上述权利要求中任一项所述的连接设备，其中，
所述第二连接区域（16a）与所述第一连接区域（15a）至少部分叠合地构造，优选地，所述第二接触区域（12）和/或所述第四接触区域（14）与相应的第一接触区域（11a）和第三接触区域（13a）叠合地构造。
8.根据上述权利要求中任一项所述的连接设备，其中，
所述中间回路电容器（30）构造为具有中间回路汇流排。
9.根据上述权利要求中任一项所述的连接设备，其中，
所述中间回路电容器（30）构造为具有分级式中间回路汇流排（230），所述分级式中间回路汇流排具有第一梯级（233）和第二梯级（234）；其中，
所述第二梯级（234）与所述第一梯级（233）平行错位地布置；其中，
与所述第一梯级（233）接触的接触区域（214）这样延长，使得所述接触区域与所述第二梯级（234）绝缘地平面地敷设到所述第二梯级的上方。
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