專利名稱：帶有開關(guān)裝置和觸發(fā)裝置的電力電子系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型描述一種電力電子系統(tǒng)，例如公知為帶有集成的或者外部的觸發(fā)裝置的功率半導(dǎo)體模塊。
背景技術(shù)：
由DE 298 23 619公知帶有多個(gè)并聯(lián)的功率三極管的功率半導(dǎo)體電路系統(tǒng)，其中，在帶有多個(gè)在該文中構(gòu)造的印制導(dǎo)線的絕緣的基板上布置有所述功率三極管。在這種功率半導(dǎo)體電路系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在不同的開關(guān)狀態(tài)中得出高頻的振蕩，特別是也在負(fù)載電路中。為了減少這種振蕩，公知直接連接優(yōu)選相鄰的功率三極管的發(fā)射極。調(diào)整印制導(dǎo)線的幾何尺寸同樣是公知的。由上面的文獻(xiàn)以及通常地公知，用于功率三極管與配屬的印制導(dǎo)線連接的連接裝置構(gòu)造為線焊連接。在這里，此概念概念下，應(yīng)該包括不同的、基本技術(shù)上同類的設(shè)計(jì)方案，例如帶焊連接。同樣一般地公知，對線焊連接來說額外地或者備選地，這種連接裝置構(gòu)造為柔性的、例如由導(dǎo)電的和絕緣的能夠內(nèi)部結(jié)構(gòu)化的薄膜的層序列制成的電路板。除了上面描述的多個(gè)功率三極管的振蕩傾向，事實(shí)證明，由僅一個(gè)功率三極管和與其反并聯(lián)的功率二極管的組合在一定的運(yùn)行條件下也同樣傾向于在高頻的范圍內(nèi)振蕩。
發(fā)明內(nèi)容由此，本實(shí)用新型的任務(wù)在于介紹一種電力電子系統(tǒng)，該電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)并組合至少一個(gè)開關(guān)裝置與至少一個(gè)配屬的觸發(fā)裝置，從而極有效地抑制即使是僅一個(gè)功率三極管的和與其反并聯(lián)連接的功率二極管的振蕩傾向。依據(jù)本實(shí)用新型，該任務(wù)通過帶有權(quán)利要求1的特征的電力電子系統(tǒng)解決。優(yōu)選的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中描述。接下來分別由如下功率開關(guān)出發(fā)，所述功率開關(guān)構(gòu)造為至少一個(gè)帶有至少一個(gè)反并聯(lián)的功率二極管的功率三極管。對不同的電路拓?fù)涞?如帶有第一和第二功率開關(guān)的半橋)或者也對(同樣地公知為這樣的)多級電路拓?fù)涞耐茝V當(dāng)然類似地進(jìn)行。依據(jù)本實(shí)用新型的電力電子系統(tǒng)至少由開關(guān)裝置和由至少一個(gè)配屬的觸發(fā)裝置組成。在這種情況中，至少一個(gè)各自的開關(guān)裝置構(gòu)造為電力電子電路，該電力電子電路具有至少一個(gè)帶有多個(gè)彼此彼此電絕緣的印制導(dǎo)線的基板。在引導(dǎo)第一負(fù)載電勢的第一印制導(dǎo)線上布置有功率開關(guān)。該功率開關(guān)構(gòu)造為至少一個(gè)功率三極管和至少一個(gè)功率二極管。二者在它們的第一表面上具有至少一個(gè)用于負(fù)載連接的第一接觸面。這些各自的第一接觸面與第一印制導(dǎo)線電導(dǎo)通地連接。二者在背離基板的側(cè)面上具有用于負(fù)載連接的第二接觸面。功率三極管在這側(cè)端上額外地具有用于控制連接的接觸面。功率三極管優(yōu)選地設(shè)計(jì)為IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)，它的第一接觸面構(gòu)造集電極端，而第二接觸面構(gòu)造發(fā)射極端。優(yōu)選地，功率二極管的第一接觸面構(gòu)造其陰極，而第二接觸面構(gòu)造其陽極。[0010]優(yōu)選地，功率三級管的第二接觸面(發(fā)射極端)分別與功率二極管的第二接觸面(陽極端)借助作為內(nèi)部的連接裝置的部件的第一連接裝置彼此地連接和與至少一個(gè)引導(dǎo)第二負(fù)載電勢的第二印制導(dǎo)線連接。該第二印制導(dǎo)線可以例如與外部的負(fù)載端元件連接，并且同時(shí)地或者備選地也以基本上相同的、如上面所提及的方式承載其它的功率開關(guān)。依據(jù)本實(shí)用新型，至少一個(gè)功率三極管的第二接觸面與另外的印制導(dǎo)線連接，該印制導(dǎo)線雖然具有所屬的負(fù)載電勢，但不引導(dǎo)負(fù)載電流。該另外的印制導(dǎo)線形成配屬的觸發(fā)裝置的參考電勢。為此，觸發(fā)裝置與開關(guān)裝置的基板的其它的印制導(dǎo)線直接地并且唯一地連接。由此，除了經(jīng)由功率二極管的間接的連接，觸發(fā)裝置至基板的第二印制導(dǎo)線的直接的連接不存在。在每個(gè)功率開關(guān)有多個(gè)功率三極管時(shí)，可以將正好一個(gè)功率三極管以其第二接觸面與基板的其它的印制導(dǎo)線連接，或者多個(gè)功率三極管可以以其第二接觸面與基板的其它的印制導(dǎo)線連接，或者所有的功率三極管可以以其第二接觸面與基板的其它的印制導(dǎo)線連接。此外公知，功率三極管具有多個(gè)第二接觸面。在這種情況中，可以有利的是，相應(yīng)地連接僅一個(gè)或者多個(gè)或者所有的第二接觸面。此外，至少一個(gè)功率三極管的控制端(該控制端的接觸面同樣布置在背離基板的側(cè)端)與引導(dǎo)控制電勢的印制導(dǎo)線并且經(jīng)由此與配屬的觸發(fā)電路連接。由此，由觸發(fā)裝置產(chǎn)生的觸發(fā)信號與引導(dǎo)控制電勢的印制導(dǎo)線連接并且經(jīng)由此與功率三極管的控制端連接。所有提及的不借助基板本身構(gòu)造的連接借助內(nèi)部的連接裝置構(gòu)造，該連接裝置要么構(gòu)造為多個(gè)線焊連接和額外地要么備選地借助至少一個(gè)柔性電路板構(gòu)造。

借助實(shí)施例，依據(jù)圖1至3進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的解決方案。圖1在電力電子的基本電路中示出現(xiàn)有技術(shù)，以及示意地示出本實(shí)用新型的基本
相法.[0018]圖2示出穿過依據(jù)本實(shí)用新型的電力電子系統(tǒng)的第一設(shè)計(jì)方案的一部分的橫斷面；圖3示出依據(jù)本實(shí)用新型的電力電子系統(tǒng)的第二設(shè)計(jì)方案的一部分的俯視圖。
具體實(shí)施方式
接下來，借助半橋電路描述依據(jù)本實(shí)用新型的電力電子系統(tǒng)?；旧?，依據(jù)本實(shí)用新型，其它的電路拓?fù)湟彩强蓸?gòu)造的，例如直流電橋電路或者每個(gè)電橋電路帶有多于兩個(gè)的串聯(lián)的功率開關(guān)的多級電橋電路。圖1在電力電子的基本電路中示出現(xiàn)有技術(shù)，以及示意地示出本實(shí)用新型的基本想法。為此，畫出三個(gè)半橋電路。左側(cè)的第一半橋電路示出一般的示圖，帶有上面的也稱為“TOP”的第一功率開關(guān)10和下面的也稱為“Β0Τ”的第二功率開關(guān)20。這些功率開關(guān)10、20與直流電壓源連接，而它們的中間抽頭形成第一相的交流電壓輸出。在中間示出的半橋電路示意地示出依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式，而右邊的半橋電路畫出依據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式。在兩個(gè)半橋電路中，各功率開關(guān)10、20構(gòu)造為功率三極管110、210，具體為帶有反并聯(lián)功率二極管120、220的IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)?；旧?，每個(gè)功率開關(guān)10、20自然也可以具有多于一個(gè)的功率三極管110、210和多于一個(gè)的功率二極管120、220。依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在中間的半橋電路中示意地示出:第一接觸面，即TOP功率三極管110的集電極接觸面112 (參照圖2)和第一接觸面，即TOP功率二極管120的陰極接觸面122 (參照圖2)布置在基板30 (參照圖2)的第一印制導(dǎo)線302上(參照圖2)。借助內(nèi)部的連接裝置(多構(gòu)造為線焊連接)，第二接觸面，即TOP功率三極管110的發(fā)射極接觸面114(參照圖2)和TOP功率二極管120的陽極接觸面124 (參照圖2)與彼此并且與第二印制導(dǎo)線連接。該第二印制導(dǎo)線在這里承載BOT功率開關(guān)20的組件，并且為了這些組件又依據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)造第一印制導(dǎo)線。在這種情況下，在功率三極管的發(fā)射極接觸面與第二印制導(dǎo)線之間的引導(dǎo)負(fù)載電勢和負(fù)載電流的內(nèi)部第一連接裝置40 (參照圖2)具有在5nH與40nH之間的、通常在IOnH和20nH之間的范圍內(nèi)的寄生電感400、420。該電感與功率三極管110、210的內(nèi)部電容(特別是那些所謂的柵極-發(fā)射極電容)構(gòu)造振蕩回路，該振蕩回路在運(yùn)行中在換向時(shí)由于在此出現(xiàn)的快速電流變化而產(chǎn)生高頻振蕩，該振蕩反作用于觸發(fā)裝置50、52，該觸發(fā)裝置的參考電勢處于第二印制導(dǎo)線的電勢。在依據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案中，觸發(fā)裝置的參考電勢處于其它的印制導(dǎo)線308上(參照圖2)，該印制導(dǎo)線具有與第二印制導(dǎo)線相同的負(fù)載電勢，但沒有引導(dǎo)負(fù)載電流。通過適當(dāng)選擇發(fā)射極接觸面與這個(gè)其它的印制導(dǎo)線之間的第一內(nèi)部連接裝置的部件，那些引導(dǎo)負(fù)載電流的、內(nèi)部連接裝置的所述部件的寄生電感可以部分地(參照右邊的半橋的TOP功率開關(guān))或者甚至完全地(參照右邊的半橋的BOT功率開關(guān))不在觸發(fā)裝置上產(chǎn)生反作用。當(dāng)部分地反作用在振蕩回路上時(shí)，第一內(nèi)部的連接裝置的寄生電感在一定程度上分成第一有效電感部分402、422和第二無效電感部分404、424。圖2示出穿過依據(jù)本實(shí)用新型的電力電子系統(tǒng)的第一設(shè)計(jì)方案的一部分的橫斷面。在這里示出開關(guān)裝置2 (例如構(gòu)造為功率半導(dǎo)體模塊)以及配屬的觸發(fā)裝置50 (在這里構(gòu)造為直接布置在半導(dǎo)體模塊2之上的驅(qū)動(dòng)電路)。半導(dǎo)體模塊2具有帶有多個(gè)彼此電絕緣的印制導(dǎo)線302、306、308的基板30。為此，基板30具有優(yōu)選地由工業(yè)陶瓷構(gòu)造的絕緣體300，在該絕緣體上優(yōu)選地平面地布置有所述印制導(dǎo)線。在第一印制導(dǎo)線302上，布置有各功率開關(guān)(在這里構(gòu)造為IGBT 110和功率二極管120)。在這種情況下，IGBT 110的集電極接觸面112與功率二極管120的陰極接觸面122材料鎖合地且電導(dǎo)通地與第一印制導(dǎo)線302連接。在這里，借助線焊連接構(gòu)造有連接裝置。在這種情況下，多個(gè)(僅示出一個(gè))引導(dǎo)負(fù)載電流的第一線焊連接40使IGBT 110的發(fā)射極接觸面114與功率二極管120的陽極接觸面124并且與同樣未示出的引導(dǎo)負(fù)載電勢和負(fù)載電流的第二印制導(dǎo)線304 (參照圖3)連接?？刂贫?，即IGBT 110的柵極接觸面116同樣借助第二線焊連接46典型地以焊線的較小直徑與配屬的、引導(dǎo)控制電勢的印制導(dǎo)線306連接。另一線焊連接48將發(fā)射極接觸面114與基板30的另外的印制導(dǎo)線308連接，其中，該另外的線焊連接48以及配屬的另外的印制導(dǎo)線308引導(dǎo)負(fù)載電勢，但不引導(dǎo)負(fù)載電流。依據(jù)本實(shí)用新型，觸發(fā)電路50僅與引導(dǎo)控制電勢的印制導(dǎo)線306和與所述另外的印制導(dǎo)線308連接。在這里，示出在功率半導(dǎo)體模塊內(nèi)常見的借助接觸彈簧進(jìn)行的到通常布置在功率半導(dǎo)體模塊2外部的觸發(fā)裝置50的連接。在電力電子系統(tǒng)的這種尤其有利的設(shè)計(jì)中，引導(dǎo)負(fù)載電流的線焊連接的寄生電感和由此產(chǎn)生的不希望的高頻的振蕩不反作用于觸發(fā)裝置50。依據(jù)圖1，這種設(shè)計(jì)方案相應(yīng)于右邊的半橋的BOT功率開關(guān)20。圖3示出依據(jù)本實(shí)用新型的電力電子系統(tǒng)的第二設(shè)計(jì)方案的一部分的俯視圖。再次示出基板30，該基板基本上與在圖2中描述的基板同樣地構(gòu)造并且在該基板上同樣相似地布置有IGBT 110和功率二極管120。觸發(fā)單元50的連接與依據(jù)圖2的那種連接基本上同樣，區(qū)別很小。但在此不同的是，IGBT 110的發(fā)射極接觸面114與另外的印制導(dǎo)線308之間的線焊連接40引導(dǎo)負(fù)載電勢和負(fù)載電流。但另外的印制導(dǎo)線308本身依據(jù)本實(shí)用新型不引導(dǎo)負(fù)載電流。以虛線不出現(xiàn)有技術(shù)，在該現(xiàn)有技術(shù)中，觸發(fā)裝置50的參考電勢與引導(dǎo)負(fù)載電勢和負(fù)載電流的第二印制導(dǎo)線304連接，并且其中該第二印制導(dǎo)線經(jīng)由內(nèi)部連接裝置的引導(dǎo)負(fù)載電流的區(qū)段(這里是相應(yīng)的第一線焊連接40)與IGBT 110的發(fā)射極接觸面114連接。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，不需要設(shè)置額外的其它的線焊連接48 (參照圖2)，而是通過在另外的印制導(dǎo)線308上安置額外的焊腳408補(bǔ)充存在的線焊連接。在這種電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，引導(dǎo)負(fù)載電流的線焊連接的寄生電感和由此產(chǎn)生的不希望的高頻的振蕩僅部分地反作用在觸發(fā)裝置50上。依據(jù)圖1，這種設(shè)計(jì)方案相應(yīng)于右邊的半橋的TOP功率開關(guān)10。
權(quán)利要求1.力電子系統(tǒng)，其帶有至少一個(gè)開關(guān)裝置(2)和至少一個(gè)配屬的觸發(fā)裝置(50、52)，其中，各個(gè)所述開關(guān)裝置(2)具有多個(gè)功率開關(guān)和至少一個(gè)帶有多個(gè)彼此電絕緣的印制導(dǎo)線(302、304、306、308)的基板(30)，其中，至少一個(gè)功率開關(guān)(10、20)構(gòu)造為帶有各自的第一接觸面(112、122)的至少一個(gè)功率三極管(110、210)和至少一個(gè)功率二極管(120、220)，所述至少一個(gè)功率開關(guān)與引導(dǎo)第一負(fù)載電勢的第一印制導(dǎo)線(302)電導(dǎo)通地連接，在至少一個(gè)功率三極管(110、210)和至少一個(gè)功率二極管(120、220)的背離所述基板的側(cè)面上布置的各第二接觸面(114、124)借助作為內(nèi)部的連接裝置(40、46、48)的部件的第一連接裝置(40)彼此連接并且與至少一個(gè)引導(dǎo)第二負(fù)載電勢的第二印制導(dǎo)線(304)連接，其中，所述至少一個(gè)功率三極管(110)的控制端(116)與引導(dǎo)控制電勢的印制導(dǎo)線(306)連接，并且至少一個(gè)功率三極管(110、210)的所述第二接觸面(114)與另外的印制導(dǎo)線(308)連接，所述另外的印制導(dǎo)線雖然具有所屬的負(fù)載電勢，但不引導(dǎo)負(fù)載電流，并且其中，所述配屬的觸發(fā)裝置(50、52)的參考電勢是開關(guān)裝置(2)的基板(30)的所述另外的印制導(dǎo)線(308)的參考電勢，并且所述觸發(fā)裝置(50、52)直接地并且唯一地與所述另外的印制導(dǎo)線(308)連接，并且至少一個(gè)由所述觸發(fā)裝置(50、52)產(chǎn)生的觸發(fā)信號送到所述引導(dǎo)控制電勢的印制導(dǎo)線(306)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子系統(tǒng)，其中，所述功率三極管(110、210)是絕緣柵雙極型晶體管并且以其第一接觸面，即，集電極接觸面(112)，與所述基板(30)的第一印制導(dǎo)線(302)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子系統(tǒng)，其中，所述功率二極管(120、220)以其第一接觸面，即，陰極接觸面(122)，與所述基板(30)的第一印制導(dǎo)線(302)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子系統(tǒng)，其中，在每個(gè)功率開關(guān)(10、20)有多個(gè)功率三極管(110、210)的情況下，恰好一個(gè)功率三極管(110、210)以其第二接觸面，即，發(fā)射極接觸面(114)，與所述基板(30)的所述另外的印制導(dǎo)線(308)連接，或者多個(gè)功率三極管(110,210)以其第二接觸面(114)與基板(30)的所述另外的印制導(dǎo)線(308)連接，或者所有的功率三極管以其第二接觸面(114)與所述基板(30)的所述另外的印制導(dǎo)線(308)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)部的連接裝置由多個(gè)線焊連接(40、46、48)構(gòu)造。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力電子系統(tǒng)，其中，在功率三極管(110、210)的和功率二極管(120、220)的所述第二接觸面(114、124)之間的多個(gè)線焊連接(40)之一在所述另外的印制導(dǎo)線(308)上具有焊腳(408)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力電子系統(tǒng)，其中，在各功率三極管(110、210)的所述第二接觸面(114)與所述另外的印制導(dǎo)線(308)之間設(shè)置有另外的線焊連接(48)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力電子系統(tǒng)，其中，所述另外的線焊連接(48)的焊線的直徑比將所述功率三極管(110、210)的和所述功率二極管(120、220)的第二接觸面(114、124)相連的線焊連接(40)的那些焊線的直徑小得多。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子系統(tǒng)，其中，所述連接裝置由柔性電路板構(gòu)造。
專利摘要帶有開關(guān)裝置和觸發(fā)裝置的電力電子系統(tǒng)。開關(guān)裝置具有多個(gè)功率開關(guān)和至少一個(gè)帶有多個(gè)彼此電絕緣的印制導(dǎo)線的基板。至少一個(gè)功率開關(guān)構(gòu)造為帶有第一接觸面的至少一個(gè)功率三極管和至少一個(gè)功率二極管，其與引導(dǎo)第一負(fù)載電勢的第一印制導(dǎo)線電導(dǎo)通地連接。在背離基板的側(cè)面上布置的第二接觸面借助作為內(nèi)部連接裝置的部件的第一連接裝置彼此地并且與至少一個(gè)引導(dǎo)第二負(fù)載電勢的第二印制導(dǎo)線連接，其中，至少一個(gè)功率三極管的控制端與引導(dǎo)控制電勢的印制導(dǎo)線連接。此外，功率三極管的第二接觸面與另外的印制導(dǎo)線連接，該印制導(dǎo)線雖然具有所屬的負(fù)載電勢，但不引導(dǎo)負(fù)載電流。在此，觸發(fā)裝置的參考電勢是開關(guān)裝置的基板的另外的印制導(dǎo)線的參考電勢。
文檔編號H01L25/07GK202930372SQ20122039673
公開日2013年5月8日 申請日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者斯特凡·斯庫勒 申請人:賽米控電子股份有限公司