CN116671267A - 用于包围功率单元并将驱控单元相对功率单元定心的设备 - Google Patents
用于包围功率单元并将驱控单元相对功率单元定心的设备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于包围至少部分构造在散热器(8)之内和/或之上的功率单元(11)和用于将驱控单元(20)相对于功率单元(11)定心的设备(1)，其中，功率单元(11)包括至少一个半导体器件(6)和基板(7)，该设备具有：框架(2)，其中，框架(2)至少部分地、优选地完全环绕基板(7)；至少一个第一类型的突出件(3)，其中，第一类型的突出件(3)设计用于接合到散热器(8)的凹部或开口(12)中；至少一个第二类型的突出件(4)，其中，第二类型的突出件(4)设计用于接合到具有至少一个电子器件(24)的驱控单元(20)的凹部或开口(21)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于包围至少部分构造在散热器之内和/或之上的功率单元并且用于将驱控单元相对于功率单元定心的设备。
背景技术
从现有技术中已知的功率单元具有壳体，该壳体与散热器旋接。为此需要具有螺纹的、处于散热器中的钻孔。然而这使功率单元的冷却劣化，因为特别地，无法实现期望数量的冷却片。此外，无法总是保持冷却片彼此间的间距，该间距确保例如空气的最佳穿流。
发明内容
本发明所基于的目的是，改进这一点。
该问题的解决方案通过权利要求1、即一种功率模块来实现，该功率模块具有：
-至少一个散热器，
-至少一个功率单元，其中，功率单元包括至少一个半导体器件和基板，
-用于包围至少部分构造在散热器之内和/或之上的功率单元和用于将驱控单元相对于功率单元定心的设备，其中，设备包括：
-框架，其中，该框架至少部分地、优选完全环绕基板；
-至少一个第一类型的突出件，其中，第一类型的突出件接合到散热器的凹部或开口中；
-至少一个第二类型的突出件，其中，第二类型的突出件设计用于接合到具有至少一个电子器件的驱控单元的凹部或开口中，其中，该框架借助于粘接紧固在散热器上。
该设备优选是一件式的。
基底有利地用作导引元件。
基底例如包括：至少一个导电层，其中，该导电层优选具有铜；和至少一个导热层，其中，该导热层优选具有陶瓷。
导热层有利地是电绝缘的。一方面，该导热层应建立绝缘，以及另一方面应导出废热。在此，陶瓷是有利的，因为由此尤其良好地实现电绝缘。
基底特别有利地具有三个层。朝向散热器的第一层优选地具有铜。邻接于第一层的第二层优选具有陶瓷。邻接于第二层的第三层优选具有铜。第一层和第三层因此是导电层，第二层因此是导热层。导热层有利地是电绝缘的。
导电元件优选地在第三层处和/或第三层上包括至少一个半导体器件，优选多个半导体器件。
功率单元优选是逆变器***或转换器***的一部分。
该设备取代至今为止的壳体，并且在结构上大大简化。此外，通过本发明还能够在冷却充分且均匀的情况下减小结构尺寸。
功率单元能够至少部分地构造在散热器之内和/或之上。
功率单元优选地设计在散热器的表面上。
然而，存在如下可行性：即散热器具有凹口或凹部，功率单元完全或仅部分设计在该凹口或凹部中。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式该设备具有两个第一类型的突出件。
这在附图的描述中更详细地解释。
由此，该设备设计成，使得设备能够可靠地安置在散热器上，因为通过第一类型的突出件防止了扭曲。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式该设备具有用于紧固驱控单元的紧固元件。
有利地，紧固元件是一种设计用于与另一实体力配合连接和/或形状配合连接的设备。
紧固元件例如是具有内螺纹的设备，该设备设计用于容纳具有外螺纹的主体、例如螺钉。
通过螺钉确保可拆卸性。因此，该实施方式是优选的。
在附图描述中更详细地描述了紧固元件。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式构造矩形框架。
然而，其他形状的框架也是能够被考虑的。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式第一类型的突出件至少基本布置在框架的角、特别是外角处。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式第二类型的突出件至少基本布置在框架的角、特别是外角处。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式至少一个第一类型的突出件和第二类型的突出件彼此连接并且设计成沿相反方向伸出。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式至少一个第一类型的突出件和紧固元件彼此连接并且设计成沿相反方向伸出。
所描述的实施方式在附图描述中更详细地解释。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式框架具有聚苯硫醚(简称PPS)。
PPS是有利的，因为这是一种耐高温的热塑性塑料。
例如，如下实施方式是有利的，根据该实施方式框架具有纤维含量为50％至75％，特别是60％至65％的聚苯硫醚。
然而，也能够使用其他塑料。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式框架设计用于，使得所施加的浇铸料保留在由框架和功率模块界定的区域内。
浇铸料有利地是绝缘材料，特别是硅胶。此外，聚氨酯和/或环氧化物是适合的。也能够考虑其他类型。
浇铸料有利地作为灌浆施加在框架内并且随后硬化。
功率单元有利地至少部分地、优选完全地由浇铸料覆盖。功率单元由浇铸料环绕的实施方案也是能够考虑的。
这是有利的，因为半导体器件因此能够在其标称电压处运行。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式框架与功率模块的表面材料配合地、尤其借助于粘接连接。
这确保了安全的保持。材料配合的连接是有利的，因为由此在散热器中不必设有固定设备。散热器因此能够设计和构造用于，使得冷却尤其对于其散热片间距是最佳的。
然而，其他连接也是可行的。
上述目的的解决方案还通过权利要求11、即一种功率转换器来实现，功率转换器具有：
-功率模块，
-具有至少一个电子器件的驱控单元，
其中，功率模块和驱控单元彼此连接。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式通过将功率模块的第二类型的突出件接合到驱控单元的凹部或开口中，将驱控单元相对于功率模块定心。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式功率模块和驱控单元借助于紧固元件连接。
附图说明
下面根据附图中示出的实施例更详细地描述和解释本发明。附图示出：
图1示出功率模块的一个可行的设计方案，
图2示出图1中的可行的设计方案的分解图，
图3和图4示出与驱控单元连接的功率模块，
图5示出功率转换器。
具体实施方式
图1示出具有设备1的功率模块10的一个可行的设计方案。
图2示出图1中的可行的设计方案的分解图。
设备1包围形成在功率模块10上的功率单元11。
功率单元11包括至少一个半导体器件6。这尤其是功率半导体，例如IGBT。功率单元11还包括基板7。
设备1包括框架2，其中，框架2完全环绕基板7。
设备1还包括两个第一类型的突出件3(参见图2)，其中，第一突出件3设计用于接合到功率模块10的散热器8的切口或凹部12(例如盲孔)或开口中。
设备1还包括至少一个第二类型的突出件4，其中，第二类型的突出件4设计用于接合到具有至少一个电子器件的驱控单元20(参见图3)的切口或凹部或开口21(参见图3)中，例如孔中。
驱控单元20有利地是母板。
该图还显示出接触元件9。接触元件优选是销。功率单元11有利地具有多个接触元件9。接触元件9能够设计为单独销或设计为多件式的销***。
散热器8具有多个散热片81。散热片81有利地平行设置。
设备1在该图中具有紧固元件5。紧固元件5设计用于紧固驱控单元20。这在图4中更详细地描述。
框架2在该图中构造成矩形。然而，其他形状也是能够考虑的，即例如圆形框架、椭圆形框架、方形框架或梯形框架。
图1和图2示出：第一类型的突出件3至少基本布置在框架2的外角处或外角的区域中。
图1和图2还示出：第二类型的突出件4至少基本布置在框架2的外角处或外角的区域中。
还能够考虑彼此对角线布置。
有利地，至少一个第一类型的突出件3和第二类型的突出件4彼此连接并且设计成沿相反方向伸出。
如下实施方式是有利的，根据该实施方式至少一个第一类型的突出件和紧固元件彼此连接并且设计成沿相反方向伸出。这能够通过柱形主体实现，该柱形主体在一个端部处具有第一类型的突出件3并且在另一端部处具有第二类型的突出件4。
第一类型的突出件3有利地设计为定位栓。
以该方式，实现将设备1精确地定位在散热器8的表面上。在此，有利地，不存在形状配合的和/或力配合的连接。
例如借助于粘接实现将框架2紧固在散热器8上。
第一类型的突出件3有利地具有如下形状，该形状至少基本以精确配合的方式接合到散热器8的凹部12或开口中。
第一类型的突出件3有利地具有圆形横截面。然而，也能够考虑其他形状。
第二类型的突出件4有利地设计为定心圆顶。这实现驱控单元的精确定心。不需要引导工具。
框架2有利地设计用于，使施加的浇铸料保留在由框架2和功率模块10或功率模块10的一侧界定的区域内。
为此，框架2有利地以材料结合的方式、尤其借助于粘接与功率模块10的表面连接。
硅树脂尤其适合作为浇铸料。也能够考虑聚氨酯和/或环氧化物。
硅树脂耐高温。此外，硅树脂在室温下或借助于紫外线固化。
此外，硅树脂具有非常好的电绝缘特性、低粘性和良好的流动性能。
功率单元11有利地与散热器8连接。该连接优选借助于挤压和/或钎焊和/或烧结来实现。然而，也能够考虑其他类型的连接，尤其借助于其他导热材料的连接。
此外，通过输入热能、例如熔焊实现的连接也是可行的。
功率单元11有利地设计为模块特定的散热器的一部分。
功率单元有利地设计为直接铜键合(也称为DCB)。
模块特定的散热器有利地具有功率单元11和接触元件。
散热器8有利地具有至少一个功率单元11。然而，散热器8也能够包括两个或多个功率单元11。
最佳的是：散热器8包括三个功率单元11。这在性能最佳利用的情况下确保良好的冷却。
三个功率单元11是有利的，因为分别一个功率单元能够被分配给三相***的一个相位。
半导体器件6例如是晶闸管或MOSFET或IGBT。也能够考虑其他半导体器件。
如果半导体器件6设计为IGBT，则还需要续流二极管。也能够考虑其他半导体器件。
驱控单元20优选为电源板(也称为母板)，即包括器件的印刷电路板，并且优选用于驱控和能量供应，优选借助于直流电压进行驱控和能量供应。
图2还示出了设计用于支承覆盖件的设备。该设备例如具有多个凸耳13。
覆盖件14在图3中示出。覆盖件有时能够引导销9。为此，覆盖件能够具有凹部。
此外，覆盖件14在***时提供保护。在性能测试中，对半导体器件提出了要求或者它们以可能发生***的方式过载。覆盖件用于保护环境，特别是保护逆变器或功率转换器。
为此，覆盖件具有例如玻璃纤维增强的聚碳酸酯。
图3和图4示出与驱控单元20连接的功率模块10。
图4示出多个电子器件24。
电子器件24例如是电容器、电阻或二极管。其他器件也是可行的。电子器件24优选用于致动。
第二类型的突出件4有利地接合到驱控单元的凹部中或如图所示的开口20中。
这实现了良好的定心。
该附图还示出散热器覆盖件或固持框架23。
图4示出紧固元件5。
这用于紧固驱控单元20。紧固元件有利地设计用于支撑驱控单元。
此外，紧固元件5有利地具有空腔，例如螺纹形成在该空腔中。这提供以下优点：能够借助于螺钉51紧固驱控单元5。
此外，可行的是：紧固元件5能够具有空腔，使得能够固定螺纹成型螺钉或自攻螺钉。
功率模块10优选是逆变器***的一部分。逆变器***优选是高性能的且尤其适合于驱动生产和机器工具以及适合在玻璃和/或包装行业中。其他应用领域是加热、通风、空调、泵和标准风扇以及各种逆变器应用。
本发明提供的优点是：简化了工艺、安装和生产步骤并且能够降低成本，特别是在所用材料方面的成本。与至今为止常用的壳体相比，对于所描述的设备须使用明显更少的材料。
因此，功率转换器也变得更轻。
代替将被包围的功率单元旋接在散热器上并为此将插座***壳体中，所描述的设备有利地直接附接在散热器上。
为了更简单地定位并确保防止扭曲，有利地提供至少两个栓，这些栓仅沉入对于定位最小深度的孔、优选盲孔中。深度优选为1mm至5mm。
散热器8连同功率单元11有利地借助于至少一个在功能上作为定位工具的定位栓引入到母板中，进而实现定位。
借助于紧固元件处的螺钉51，有利地创建从散热器8到母板的连续的机械连接。借助该连接，附加地创建利用定位栓的这些器件的直接对准。这促进了器件的更好的结构上的协调。
图5示出功率转换器30。
功率转换器30具有至少一个如前所述的功率模块10。功率转换器也能够具有多个功率模块10。
功率转换器还具有驱控单元20，该驱控单元具有至少一个电子器件24。
如图所示，功率模块10与驱控单元20彼此连接。
Claims (13)
1.一种功率模块(10)，具有：
-至少一个散热器(8)，
-至少一个功率单元(11)，其中，所述功率单元(11)包括至少一个半导体器件(6)和一个基板(7)，
-用于包围至少部分地构造在所述散热器(8)之内和/或之上的所述功率单元(11)并且用于将驱控单元(20)相对于所述功率单元(11)定心的设备(1)，其中，所述设备(1)包括：
-框架(2)，其中，所述框架至少部分地、优选完全地环绕所述基板(7)；
-至少一个第一类型的突出件(3)，其中，所述第一类型的突出件(3)接合到所述散热器(8)的凹部或开口(12)中；
-至少一个第二类型的突出件(4)，其中，所述第二类型的突出件(4)设计用于接合到具有至少一个电子器件(24)的驱控单元(20)的凹部或开口(21)中，其中，所述框架(2)借助于粘接紧固在所述散热器(8)上。
2.根据权利要求1所述的功率模块(10)，其中，所述设备(1)具有两个第一类型的突出件(3)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，所述设备(1)具有用于紧固所述驱控单元(20)的紧固元件(5)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，所述框架(2)构造成矩形。
5.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，所述第一类型的突出件(3)至少基本布置在所述框架(2)的角、特别是外角处。
6.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，所述第二类型的突出件(4)至少基本布置在所述框架(2)的角、特别是外角处。
7.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，至少一个第一类型的突出件(3)和所述第二类型的突出件(4)彼此连接并且设计成沿相反方向伸出。
8.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，至少一个第一类型的突出件(3)和紧固元件(5)彼此连接并且设计成沿相反方向伸出。
9.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，所述框架(2)具有聚苯硫醚。
10.根据前述权利要求中任一项所述的功率模块(10)，其中，所述框架(2)设计用于使施加的浇铸料保留在由所述框架(2)和所述功率模块(10)界定的区域内。
11.一种功率转换器(30)，具有：
-根据权利要求1至10中任一项所述的功率模块(10)，
-具有至少一个电子器件(24)的驱控单元(20)，
其中，所述功率模块(10)和所述驱控单元(20)彼此连接。
12.根据权利要求11所述的功率转换器(30)，其中，通过将所述功率模块(10)的所述第二类型的突出件(4)接合到所述驱控单元(20)的凹部或开口(21)中，将所述驱控单元(20)相对于所述功率模块(10)定心。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的功率转换器(30)，其中，所述功率模块(10)和所述驱控单元(20)借助于所述紧固元件(5)连接。
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