[发明专利]具有冷却装置的功率电子系统

说明书

技术领域

本发明介绍一种功率电子系统，优选用于构造由此实现的、变流器形式的（例如三相逆变器形式的）电路系统。这种类型的系统例如公知为具有基板的功率半导体模块或公知为无基板的具有冷却装置的功率半导体模块的结构体。

背景技术

由DE 10 2009 045 181 A1公知这种类型的功率电子系统，该功率电子系统在这里由共用壳体内的整流器和逆变器构建。为满足不同的要求，该系统具有两个衬底，其分别由在两个主面上均具有金属叠层的绝缘材料体构造。衬底的各个朝向系统内部的侧在这里具有金属叠层的结构化，其由此构造多个印制导线。

对所有此类功率电子系统的基本要求是将由功率半导体器件的损耗功率产生的热量从系统中排放到冷却装置上或者经由冷却装置排放。在这种情况下还要考虑，系统运行时承受周期性的温度变化。这种温度波动使功率电子系统不同组件的彼此连接增加负荷，特别是在所述组件具有不同的热膨胀系数的情况下。

因此，这种类型功率电子系统结构方面可能的努力的目标是补偿热造成的机械负荷并因此提高抗疲劳强度，并且备选地或优选地同时提高热负荷能力。为此，由DE 10 2006 011 995 A1公知，功率半导体模块的基板按照不同方式分段，部分还完全中断，以便由此改善与其它冷却装置的连接。DE 197 07 514 A1除了分段还额外地建议，为各个基板段配设预弯曲。

发明内容

由此，本发明的目的在于，提出一种功率电子系统，该系统具有在热耦合和机械抗疲劳强度方面得到改进的功率半导体器件与冷却装置的连接。

该目的依据本发明通过一种具有权利要求1所述特征的功率电子系统以及通过具有权利要求9和11所述特征的功率电子系统的制造方法得以实现。优选的实施方式在各从属权利要求中予以说明。

所提出的功率电子系统可以构造为具有基板的功率半导体模块，其中，该基板承担冷却装置的功能并可与其它大部分效率更高的冷却装置连接。在此方面，这对应于具有外部接线件的功率半导体模块的多种公知的结构，所述接线件布置在电绝缘的壳体内，并且构造负载接线端和辅助接线端。

功率电子系统同样可以构造为与冷却装置连接的无基板的功率半导体模块。这种类型的功率半导体模块同样具有壳体和上述功能的外部接线件。

功率电子系统此外可以构造为用于构建更大单元的子系统。在这种情况下，该子系统优选不具有自己的壳体，如从上述功率半导体模块公知的那样。外部接线件在这里要么用于更大单元内部的内部连接，要么也用于其外部连接。

上述的外部接线件在此可以按照不同方式构造，其中，在功率电子系统内可以不仅仅设置这些构成中的一种。

依据本发明的功率电子系统的任何构成均具有多个第一面式绝缘材料体，所述绝缘材料体材料锁合地或力锁合地且彼此相距地利用其各自的第一主面布置在冷却装置上。这种优选由陶瓷原料制成的绝缘材料体用于功率电子系统的功率开关与其冷却装置的电绝缘。

所述第一绝缘材料体分别为子模块的部件，该子模块此外恰好具有一个第一印制导线，该第一印制导线依据本发明布置在第一绝缘材料体的第二主面上并且材料锁合地与其连接。第二主面在此与第一主面相对地布置，由此各第一印制导线布置在所配属的第一绝缘材料体的、背离冷却装置的侧上。

此外，子模块具有恰好一个功率开关，所述功率开关以不同的优选形态构成：

·功率开关可以构造为恰好一个功率二极管或构造为恰好一个功率晶体管或构造为恰好一个具有内置地构造的反并联功率二极管的功率晶体管。

·功率开关可以构造为恰好一个具有恰好一个反并联功率二极管的功率晶体管。

·功率开关可以构造为至少一个具有至少一个反并联功率二极管的功率晶体管，其中，在此至少三个功率半导体器件构造这种功率开关。

通过子模块在自己的第一绝缘材料体上具有恰好一个功率开关的这种构造，功率开关内产生的损耗功率可以很有效地向冷却装置排放。

此外，依据本发明的功率电子系统具有至少一个由至少一个导电膜与至少一个电绝缘膜的交替层序列组成的内部连接装置，其中，至少一个导电层构造至少一个第二印制导线。在此，内部连接装置的导电层可以内部结构化，并且构造多个第二印制导线。同样可以设置有穿过绝缘层的、用于电连接导电层的过孔。

依据本发明，至少一个第二印制导线作为内部连接装置的部件覆盖至少一个两个子模块之间的间隙。为此该第二印制导线至少部分覆盖和接触子模块的第一印制导线，并且由此将这两个印制导线彼此电连接。