CN115642417A - 具有功率电子组件和插脚的功率电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功率电子装置，包括具有导电套管和电路载体的功率电子组件，导电套管形成为一件并具有虚拟的第一纵向轴线，套管具有围绕第一纵向轴线延伸的管状***区段，套管的端部区域布置在电路载体的导体迹线上并与导体迹线以材料接合且导电的方式连接，并且功率电子装置具有导电插脚，其具有虚拟的第二纵向轴线，插脚具有布置在插脚的端部区域处的插接区域，插接区域具有至少三个向外的***部，***部远离第二纵向轴线延伸并且平行于第二纵向轴线布置，其中向外的***部在围绕第二纵向轴线的方向上分别侧表面，侧表面具有凸形轮廓的侧表面，插接区域的至少一个插接区段已经***到***区段中，侧表面具有与***区段的内壁面的导电接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有功率电子组件和插脚的功率电子装置。
背景技术
DE102020114650B3公开了一种功率电子组件，该功率电子装置具有导电套管并且具有电路载体，该导电套管形成为一件并且具有虚拟的第一纵向轴线。套管具有围绕第一纵向轴线延伸的管状***部分。套管的端部区域布置在电路载体的导体迹线上并且以导电且材料接合的方式连接到导体迹线。套管用作用于产生与导电插脚导电连接的电连接装置，该导电插脚被***到***部分中并且由此与套管具有导电接触。
现有技术中传统的插脚的圆柱型设计具有的缺点是，如果由于制造公差造成的插脚直径超出窄公差，小于或大于***区段的内径，则插脚要么没有充分固定在套管中，要么只能用很大的力***到套管内，这可能会导致对电路载体的损坏。
DE102008005547A1在这方面公开了一种插脚，其具有基本为正方形的横截面面积。由于插脚的倒圆角边缘，套管的***区段变得变形。由这样做的一个缺点是，当插脚***到***区段内时形成的角边缘和***区段之间的接触面积是小的，因此插脚和套管之间的导电接触只有小的电流承载能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率电子装置，该功率电子装置具有功率电子组件和插脚，该功率电子组件具有套管和导电连接到套管的电路载体，插脚***到套管中，其中插脚与套管之间的导电触点具有高的电流承载能力。
该目的通过功率电子装置来实现，该功率电子装置具有功率电子组件，该功率电子组件具有导电套管以及电路载体，该导电套管一体地形成并且具有虚拟的第一纵向轴线，其中该套管具有围绕第一纵向轴线延伸的管状***区段，其中套管的端部区域布置在电路载体的导体迹线上并且与导体迹线以材料接合且导电的方式连接，并且功率电子装置具有导电插脚，该导电插脚具有虚拟的第二纵向轴线，其中插脚具有布置在插脚的端部区域处的插接区域，其中插接区域具有至少三个向外的***部，这些***部远离第二纵向轴线延伸并且平行于第二纵向轴线，其中向外的***部具有侧表面，侧表面在围绕第二纵向轴线的方向上分别具有凸形轮廓，其中插接区域的至少一个插接区段已经***到***区段中，其中侧表面与***区段的内壁面具有导电接触。
已证明是有利的，相应的凸形轮廓为圆弧的形式。因此，侧表面的轮廓与***区段的内壁面的轮廓良好地匹配。
在这方面，由相应的凸形轮廓形成的相应圆弧的半径中心点位于第二纵向轴线上，已证明是有利的。因此，侧表面的轮廓与***区段的内壁面的轮廓非常匹配。
此外，相应的侧表面在围绕第二纵向轴线的方向上从沿第二纵向轴线的方向延伸的第一向外***边缘延伸直到沿第二纵向轴线的方向延伸的第二向外***边缘，其中第一向外***边缘和第二向外***边缘相对于第二纵向轴线围成从20°到90°，特别是从30°到60°的角度，则已证明是有利的是。因此，插脚的插接区域通过其向外的***部和侧表面的凸形轮廓与具有非常高的电流承载能力的套管导电接触，其中与整个插脚或插接区域的圆柱形设计相比，插脚在这种情况下可以以明显更小的力***到套管内，结果是显著降低对电路载体造成损坏的风险。
此外，相应的侧表面在围绕第二纵向轴线的方向上从沿第二纵向轴线的方向延伸的第一向外***边缘延伸直到沿第二纵向轴线的方向延伸的第二向外***边缘，其中在围绕第二纵向轴线的方向上彼此直接相邻的侧表面的向外***边缘彼此具有相同的间距，则证明是有利的。因此，侧表面围绕第二纵向轴线均匀分布，使得第二纵向轴线的位置和取向与第一纵向轴线重合，并且因此插脚被布置在套管的中心。
此外，已证明有利的是，插接区域具有三个向外的***部。因此，插接区域具有特别简单的设计。
此外，已证明有利的是，插接区域具有内凹延伸的连接面，这些连接面将侧表面连接到彼此。因此，插接区域具有机械上特别稳定的设计。
此外，已证明有利的是，侧表面具有叠加在凸形轮廓上并且形成切割刃(cuttingedges)的轮廓，其中切割刃特别地设计成切入到***区段的材料中。因此，插脚的插接区域与具有特别高的电流承载能力的套管导电接触。
此外，已证明有利的是，插脚布置在插接区域之外的区域是圆柱形的。因此，插脚具有特别简单的设计。此外，向外的***部可以特别简单地由插脚的圆柱形基本形状产生。
此外，已证明有利的是，插脚的插接区域具有比插脚布置在插接区域之外的区域更低或更高的硬度。因此，插脚的插接区域的变形能力就可以与套管***区段的硬度相匹配，使得当插接区域***到***区段内时，插接区域的几何形状可以与插接区段的几何形状相匹配，反之亦然，以实现插接区域和***区段之间的非常可靠的导电接触。
此外，已证明有利的是，插脚的插接区域具有与***区段不同的、特别是更高的硬度。因此，插脚的插接区域的变形能力就可以与套管的***区段的硬度相匹配，使得当插接区域***到***区段内时，插接区域的几何形状可以与插接区段的几何形状相匹配，或反之亦然，以实现插接区域和***区段之间的非常可靠的导电接触。
此外，已证明有利的是，插脚一体形成。因此，插脚具有机械上特别稳定的设计。
此外，已证明有利的是，向外的***部是以插脚的材料的塑性变形形成的，特别是使用再成形技术产生的。因此，插接区域具有机械上特别稳定的设计，并且插脚可以以特别低的成本制造。
此外，已证明有利的是，插脚至少基本上由铜或基本上由铜合金形成。结果，插脚具有高导电性。
此外，已证明有利的是，电路载体为基板的形式，特别是为功率半导体模块的基板的形式，或者为印刷电路板的形式。
如果没有明确排除或排除其本身或违反本发明的概念，则对于在每种情况下以单数形式提及的特征，特别是套管和插脚而言当然可能的是以多个的形式在根据本发明的功率电子装置中存在。
附图说明
下面将参照附图解释本发明的示例性实施例，其中：
图1示出了根据本发明的功率电子装置的已知功率电子组件的截面图；
图2示出了图1中所示的已知功率电子组件的套管的立体图；
图3示出了根据本发明的功率电子装置的插脚设计的立体图；
图4示出了图3中所示的插脚的插接区域的截面图；
图5示出了根据本发明的功率电子装置在图3中所示的插脚的插接区域和套管的***区段的区域中的截面图，其中插接区域已经***到***区段内；
图6示出了根据本发明的功率电子装置的插脚的另一种设计的插接区域的立体图；
图7示出了图6中所示的插脚的插接区域的截面图；以及
图8示出了根据本发明的功率电子装置的另一种设计在图6中所示的插脚的插接区域和套管的***区段的区域中的截面图，其中插接区域已经***到***区段内。
相同的元件在图中设有相同的参考符号(附图标记)。
具体实施方式
图1示出了根据本发明(参见图5和图8)的功率电子装置21的从DE 10 2020 114650 B3已知的功率电子组件12的截面图。图2示出了图1中所示的已知功率电子组件12的套管1的立体图，其中套管1被图示为与图1相比在图的平面中旋转过180°。在以下涉及根据本发明的功率电子装置21(参见图5和图8)描述的上下文中，已知的功率电子组件12是根据本发明的功率电子装置21的功率电子组件12的可能设计的一个示例，因此图1和图2也涉及根据本发明的功率电子装置21。
根据本发明的功率电子装置21(参见图5和图8)具有功率电子组件12(参见图1和图2)，该功率电子组件12具有导电套管1和电路载体5，该导电套管1一体地形成并且具有虚拟的第一纵向轴线A。套管1具有围绕第一纵向轴线A延伸的管状***区段2。圆柱形通道10延伸穿过管状***区段2。套管1的端部区域3布置在电路载体5的导体迹线5b'上并且以材料接合和导电的方式连接到导体迹线5b'，例如通过钎焊、焊接、烧结或粘合剂接头(通过导电粘合剂)。在示例性实施例的上下文中，套管1通过焊料11以材料接合和导电的方式连接到导体迹线5b'。
套管1优选地至少基本上由铜或基本上由铜合金形成。套管1也可以具有例如布置在铜或铜合金上的镍层。电路载体5在示例性实施例的上下文中为基板5的形式，但也可以是例如印刷电路板的形式。基板5具有不导电的绝缘层5a和第一金属层5b，第一金属层5b布置在绝缘层5a上并且被构造成给出导体迹线5b'，其中，在图1中，图示了单独的导体迹线5b'。基板5可以具有第二金属层5c，第二金属层5c设置在绝缘层5a的与第一金属层5b相对的一侧上。例如，绝缘层5a可以为陶瓷板的形式。基板5例如可以为直接铜结合的基板(DCB基板)的形式、为活性金属钎焊基板(AMB基板)的形式或为绝缘金属基板(IMS)的形式。基板5可以是功率半导体模块的基板。通常，功率半导体布置在功率半导体模块的基板上。
端部区域3优选地形成围绕纵向轴线A布置并远离纵向轴线A延伸的足部区段。足部区段在相对于纵向轴线A的径向方向上远离纵向轴线A延伸。套管1具有另一端部区域4，其优选地形成另一足部区段，该另一足部区段围绕纵向轴线A延伸并远离纵向轴线A延伸。另一足部区段在相对于纵向轴线A的径向方向上远离该纵向轴线A延伸。
根据本发明的功率电子装置21还具有导电插脚6，导电插脚6具有虚拟的第二纵向轴线B。插脚6的设计在图3中示出。插脚6具有插接区域8，插接区域8布置在插脚6的端部区域7处，其中插接区域8具有至少三个向外的***部9，这些***部9远离第二纵向轴线B延伸并且平行于第二纵向轴线B布置。图3示出了图3中所示的插脚6的插接区域的截面图。向外的***部9具有侧表面12，侧表面12在围绕第二纵向轴线B的方向R1上分别具有凸形轮廓。如图5中通过示例的方式所图示的那样，插接区域8的至少一个插接区段8'已经被***到***区段2中，更准确地说，***到延伸通过***区段2的通道10中，其中侧表面12与***区段2的内壁面13具有导电接触。
由于根据本发明的具有向外的***部9和侧表面12的凸形轮廓的插脚6的插接区域8的特殊几何设计，插脚6与具有高的电流承载能力的套管1具有导电接触。此外，插脚6的插接区域8根据本发明的特殊几何设计相对于整个插脚或插接区域的圆柱形设计的优点在于，插脚6在插接区域8中的直径，即使考虑到制造公差，总是可以略大于套管1的***区段2的内径，因此使得套管1中的插脚6在套管1中以高度的可靠性不会摆动并且与整个插脚或插接区域的圆柱形设计相比，可以以较小的力***到套管1中，因此降低了对电路载体5或套管1造成损坏的风险，并且插脚6仍然机械稳定地固定在套管1中。
图6示出了根据本发明的功率电子装置21的插脚6的另一设计的插接区域8的立体图。图7示出了图6中所示的插脚6的插接区域8的截面图。图8示出根据本发明的功率电子装置21在图6中所示的插脚6的插接区域8和套管1的***区段2的区域中的另一设计的截面图，其中插接区域8已***到***区段2中。
在根据本发明的功率电子装置21或图6至图8中所示的插脚6的设计中，侧表面12具有叠加在凸形轮廓上并形成切割刃14的轮廓。切割刃14优选地设计成切入到***区段2的材料16内。如图8中通过示例的方式所示，切割刃14切入到***区段2的材料16中。将提到的是，除了切割刃14之外，图6至图8中所示的根据本发明21的插脚6或功率电子装置21的进一步设计对应于图3至图5所示的根据本发明的插脚6或功率电子装置21的设计，包括有利的设计和设计变型。
侧表面12在围绕第二纵向轴线B的方向R1上的相应凸形轮廓优选地为圆弧的形式。由相应凸形轮廓形成的相应圆弧18的半径中心点R优选地位于第二纵向轴线B上。
相应的侧表面12优选地在围绕第二纵向轴线B的方向R1上从沿第二纵向轴线B的方向延伸的第一向外***边缘19延伸直到沿该第二纵向轴线B的方向延伸的第二向外***边缘20，其中第一向外***边缘19和第二向外***边缘20相对于第二纵向轴线B围成从20°到90°，特别是从30°到60°的角度w。
在围绕第二纵向轴线B的方向上彼此直接相邻的侧表面12的相应向外的***边缘19和20优选地彼此具有相同的间距c。
插接区域8优选地具有三个向外的***部9。
插接区域8优选地具有内凹延伸的连接面17，连接面17将侧表面12连接到彼此。
如图3中通过示例的方式所示，优选地，插脚6的布置在插接区域8之外的区域15是圆柱形的。
插脚6的插接区域8可以具有比插脚6的布置在插接区域8之外的区域15更低或更高的硬度。
插脚6的插接区域8可以具有与***区段2不同的、特别是更高的硬度。
插脚6优选地一体地形成。
向外的***部9优选是以插脚6的材料的塑性变形形成的，特别是使用再成形技术(reshaping techniques)产生的。
插脚6可以具有压配(press-fi)区段，压配区段布置在与插脚6的端部区域17相对布置的另一端部区域17上，并且为了清楚起见在图3中未图示。压配区段优选地用于形成与印刷电路板的导电压入连接。然而，插脚6的另一端部区域17例如也可以是圆柱形的，如图3中通过示例的方式所示，并且因此可以设计成用于到印刷电路板的材料接合和导电连接。例如，材料结合的连接可以实现为焊接接头或粘合剂接头(通过导电粘合剂)。
插脚6优选地至少基本上由铜或基本上由铜合金形成。插脚6也可以具有例如布置在铜或铜合金上的镍层。例如，锡层也可以设置在镍层上。镍层的厚度优选为0.2μm至5μm，特别是0.4μm至3.5μm。锡层的厚度优选为0.2μm至4μm，特别是0.4μm至2.5μm。
在此将提及的是，本发明的各种示例性实施例的特征(如果这些特征不是相互排斥的)当然可以在不脱离本发明的范围的情况下根据需要相互组合。
Claims (20)
1.功率电子装置，其具有功率电子组件(12)，该功率电子组件(12)具有导电的套管(1)以及电路载体(5)，该导电的套管(1)一体地形成并且具有虚拟的第一纵向轴线(A)，其中该套管(1)具有围绕第一纵向轴线(A)延伸的管状***区段(2)，其中套管(1)的端部区域(3)布置在电路载体(5)的导体迹线(5b')上并且与导体迹线(5b')以材料接合且导电的方式连接，并且功率电子装置具有导电的插脚(6)，该导电的插脚(6)具有虚拟的第二纵向轴线(B)，其中插脚(6)具有布置在插脚(6)的端部区域(7)处的插接区域(8)，其中插接区域(8)具有至少三个向外的***部(9)，***部(9)远离第二纵向轴线(B)延伸并且平行于第二纵向轴线(B)布置，其中向外的***部(9)具有侧表面(12)，侧表面(12)在围绕第二纵向轴线(B)的方向(R1)上分别具有凸形轮廓，其中插接区域(8)的至少一个插接区段(8')已经***到***区段(2)中，其中侧表面(12)具有与***区段(2)的内壁面(13)的导电接触。
2.根据权利要求1所述的功率电子装置，其特征在于，相应的凸形轮廓为圆弧的形式。
3.根据权利要求2所述的功率电子装置，其特征在于，由相应的凸形轮廓形成的相应圆弧(18)的半径中心点(R)位于第二纵向轴线(B)上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，相应的侧表面(12)在围绕第二纵向轴线(B)的方向上从沿第二纵向轴线(B)的方向延伸的第一向外***边缘(19)延伸到沿第二纵向轴线(B)的方向延伸的第二向外***边缘(20)，其中第一向外***边缘(19)和第二向外***边缘(20)相对于第二纵向轴线(B)围成从20°到90°的角度。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，相应的侧表面(12)在围绕第二纵向轴线(B)的方向上从沿第二纵向轴线(B)的方向延伸的第一向外***边缘(19)延伸到沿第二纵向轴线(B)的方向延伸的第二向外***边缘(20)，其中在围绕第二纵向轴线(B)的方向上彼此直接相邻的侧表面(12)的向外***边缘(19，20)彼此之间具有相同的间距(c)。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，插接区域(8)具有三个向外的***部(9)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，插接区域(8)具有内凹延伸的连接面(17)，这些连接面(17)将侧表面(12)连接到彼此。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，侧表面(12)具有叠加在凸形轮廓上并且形成切割刃(14)的轮廓。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，布置在插接区域(8)之外的插脚(6)的区域(15)是圆柱形的。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，插脚(6)的插接区域(8)具有比布置在插接区域(8)之外的插脚(6)的区域更低或更高的硬度。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，插脚(6)的插接区域(8)具有与***区段(2)不同的硬度。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，插脚(6)一体地形成。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，向外的***部(9)是以插脚(6)的材料的塑性变形形成的。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，插脚(6)至少基本上由铜或基本上由铜合金形成。
15.根据权利要求1-3中任一项所述的功率电子装置，其特征在于，电路载体(5)为基板的形式，或者为印刷电路板的形式。
16.根据权利要求4所述的功率电子装置，其特征在于，第一向外***边缘(19)和第二向外***边缘(20)相对于第二纵向轴线(B)围成从30°到60°的角度。
17.根据权利要求8所述的功率电子装置，其特征在于，切割刃(14)设计成切入到***区段(2)的材料(16)中。
18.根据权利要求11所述的功率电子装置，其特征在于，插脚(6)的插接区域(8)具有比***区段(2)更高的硬度。
19.根据权利要求13所述的功率电子装置，其特征在于，向外的***部(9)是使用再成形技术产生的。
20.根据权利要求15所述的功率电子装置，其特征在于，电路载体(5)为功率半导体模块的基板的形式。
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