高功率電子模塊以及制造這樣的模塊的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率(power)電子設備領域，并且更具體地涉及功率電子模塊。
【背景技術】
[0002]對于諸如中斷電信號的一些功能的性能，已知中等和低電壓電路可以裝配有諸如功率電子模塊的功率電子設備。每個這樣的功率模塊可以包括被布置在一起以形成所配備的電氣電路的電氣子電路的諸如二極管或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的多個功率電氣組件。
[0003]更確切地，除了所述多個組件之外，這樣的功率電子模塊還包括支撐組件并連接它們的功率觸頭之一的支撐物、以及當它們具有控制觸頭時連接組件的另一功率觸頭與它們的控制觸頭中的至少一個的連接板。這樣，將組件集成到具有用于疏散由組件在操作中釋放的熱量的兩個換熱表面(即，支撐物和連接板的表面)的單個模塊中。
[0004]然而，在這樣的配置中，大部分熱量通過支撐物疏散。在每個組件與連接板之間的連接點處的熱觸頭的表面積遠小于每個組件與支撐物之間的表面積。結果是排熱的效率減小，并且與支撐物與連接板之間的溫差以及由此產生的差熱膨脹有關的機械問題產生。
[0005]文獻US2013/020694A1公開了如何生產包括第一和第二支撐物的模塊，其中在第一和第二支撐物上布局電子組件，以便改善溫度分布以及優化由電子模塊的組件釋放的熱量的疏散。在此文獻中公開的模塊的布局中，每個組件具有第一面和第二面，其中第一功率觸頭位于該第一面上并且通過該第一面由支撐物之一支撐，并且第二功率觸頭位于該第二面上并且通過該第二面連接至另一支撐物。在這樣的模塊中，相同類型的組件與第一支撐物上支撐的第一組件以及第二支撐物上支撐的第二組件串聯連接。通過此過程，第一組件具有主要的與第二支撐物的熱接觸，并且第二組件具有主要的與第二支撐物的熱接觸。
[0006]結果是這樣的模塊具有用于疏散由組件在操作中釋放的熱量的兩個換熱表面，其中在第一與第二支撐物之間具有相對平衡的熱量分布。
[0007]然而，這樣的模塊關于在組件之間的容許連接點與支撐物之間的熱分布具有多個缺點。這樣的模塊的熱分布并不總是真正地平衡，因為經常存在兩個組件并非對稱地或以平衡的方式操作的情況，這會導致熱不平衡。此外，根據文獻US2013/020694 A1中給出的原理，關于容許電氣電路存在嚴格約束，因為必須串聯地安裝組件以便創建平衡的熱量分布。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于解決這些缺點，從而目的在于提供一種功率電子模塊，其不限制容許的電氣電路，同時具有與操作配置無關的便于平衡的排熱的配置。
[0009]本發明涉及一種功率電子模塊，包括:
[0010]-多個功率電子組件，每個組件包括第一面和第二面，其中第一面試圖與支撐物的電氣電路電接觸地被支撐在所述支撐物上，所述第二面試圖電連接至具有比在所述第一面與所述支撐物之間的接觸面積小的熱接觸面積的另一電氣電路，[0011 ]-第一和第二支撐物，它們彼此近似平行地布置，并且分別包括第一和第二電氣電路，
[0012]成對地布置所述組件中的至少一些，每對包括第一和第二近似相同的組件。
[0013]—對中的兩個組件具有冗余布置，該對中的第一組件被第一支撐物支撐并且連接至第二電氣電路，所述第二組件被第二支撐物支撐并且連接至第一電氣電路，以便與該對中的第一組件并行地操作。
[0014]這樣的模塊能夠良好地排除在操作期間釋放的熱量，并且在第一和第二支撐物之間具有平衡的熱分布，同時使得可以在其不同組件之間進行相對復雜的連接。對于每對組件，在第一組件與第一支撐物之間的換熱表面積實際上等于第二組件與第二支撐物之間的換熱面積，以考慮到第一和第二組件是冗余的并且并行地作用，在兩個支撐物之間提供平衡的分布。此外，這樣的設置決不限制可以對這樣的模塊使用的電路，因為每個組件可以被并行操作的等效組件對取代。
[0015]在本文的以上及其余部分中，表述“第一和第二組件具有冗余布局”意味著第一組件和第二組件具有等效布局，在等效布局中它們并行地并且在實際上相同的條件下操作。
[0016]在本文的以下且其余部分中，表述“以便并行地操作”意味著第一組件和第二組件直接彼此并聯地安裝、或者安裝在如下電路中:其中，第一組件和第二組件包括在該電路的彼此并聯的兩個等效支路中。因此，這樣的配置例如包括具有兩對組件的電路，其中兩對中的彼此串聯的第一組件與該兩對中的也彼此串聯的第二組件并聯。
[0017]在本文的以上及其余部分中，表述“近似相同的組件”意味著組件在容限內具有相同的特性。
[0018]第一和第二組件可以彼此并聯地安裝。
[0019]每個組件可以通過例如可以通過球焊或釬焊獲得的焊橋，連接至不支撐它們的支撐物的電氣電路。
[0020]每個組件的第一面可以通過焊料或釬焊材料固定至支撐其的支撐物。
[0021]這樣的連接和附著部件實現組件到導電軌道的快速且可靠的電連接、以及組件的牢固的機械附著。包括因此可以容易地制造這兩種類型的部件的模塊，并且它們可以具有可靠的電和熱連接。
[0022]至少一對的每個組件可以包括至少一個控制觸頭和至少兩個功率觸頭，所述控制觸頭位于第二面上，并且至少一個第一功率觸頭位于第一面上，第一和第二支撐物的每個的電氣電路可以包括稱為功率軌道的至少一個第一高功率電路導電軌道以及稱為控制軌道的控制導電軌道，
[0023]并且所述至少一對的組件可以布置在對應的支撐物上，其中第一面的功率觸頭與高功率軌道接觸，并且控制觸頭連接至不支撐所述組件的支撐物的控制軌道。
[0024]通過這樣的模塊配置，便于包括諸如受控開關的控制觸頭的一對組件的連接。
[0025]第一支撐物的控制軌道可以具有面向第二支撐物的第一功率軌道的軌道部分，并且第二支撐物的控制軌道可以具有面向第一支撐物的第一功率軌道的軌道部分。
[0026]通過這樣的配置，關于第一和第二支撐物的功率和控制軌道，優化在其第二面上包括控制觸頭的組件的放置。
[0027]可以將包括控制觸頭的每個組件的第二功率觸頭布置在該組件的第二面上，第一和第二支撐物的每個包括至少一個第二功率軌道，包括控制觸頭的組件可以各自具有連接至不支撐組件的支撐物的第二功率軌道的第二控制觸頭。
[0028]第一支撐物的第二功率軌道可以包括面向第二支撐物的第一功率軌道的軌道部分，第二支撐物的第二功率軌道包括面向第一支撐物的第一功率軌道的軌道部分。
[0029]本發明還涉及一種制造功率電子模塊的方法，包括以下步驟:
[0030]-提供第一和第二支撐物，它們分別包括第一和第二電氣電路，
[0031]-提供多個功率電子組件，每個組件包括第一和第二面，組件的至少一部分被設計為成對布置，每對包括第一和第二近似相同的組件，
[0032]-將每個第一組件安裝在第一支撐物上，使得其被第一支撐物支撐的第一面與第一電氣電路電接觸，
[0033]-將每個第二組件安裝在第二支撐物上，使得其被第二支撐物支撐的第一面與第二電氣電路電接觸，
[0034]-通過將每個第一組件的第二面電連接至第二支撐物的第二電氣電路并且將每個第二組件的第二面電連接至第一支撐物的第一電氣電路以便與對應的第一組件并行地操作，來組裝第一和第二支撐物，同一對中的兩個組件具有冗余布局。
[0035]分別在第一和第二支撐物上的每個第一和第二組件的組裝步驟可以是焊接或釬焊所述第一和第二組件的每個的步驟。
[0036]在第一和第二組件的組裝步驟期間，可以存在安裝焊球的子步驟、以及用于通過所述焊球進行球焊的加熱子步驟。
[0037]這樣的方法可以用于根據本發明的模塊的制造，因此其受益于對應的優點。
【附圖說明】
[0038]在參考附圖閱讀僅為了