具有布线的电子功率器件的安装组件及其与马达壳体的组装件的制作方法

本发明涉及一种安装组件，其具有布线的电子功率器件，尤其用于空调设备的电压缩机的逆变器。此外，本发明涉及一种所述安装组件与压缩机的马达壳体的组装件。

背景技术：

机动车空调设备的使用无刷的电马达的电压缩机需要逆变器电子装置，所述逆变器电子装置将来自电网中的直流转换为所需要的多相的交流。这利用具有多个半桥的配置实现，所述配置通过设置分立的、布线的功率半导体(igbt或mosfets)形成或通过集成的布线的功率模块形成。功率模块包括至少两个半导体芯片在包含接触部的基板上的布置。多相电流需要从逆变器的功率级至电马达的对应的相绕组端部或至电的壳体穿引部的销的连接。所述连接通常通过汇流排建立。附加地，必须有效地导出释放的热量，所述热量在功率半导体之内，例如在具有绝缘栅的双极型晶体管(igbt)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)之内产生。在最好的情况下，热量的导出经由在马达壳体上的适当的冷却面进行，通过所述马达壳体的内部体积循环冷的抽吸气体。这需要适当的接触压力，在注意相应的功率半导体的个体的厚度的情况下借助于所述接触压力将每个功率半导体压向冷却面。最后，逆变器应当以可容易地安装到压缩机的主体上的方式构成，优选呈简单的模块化的逆变器的形式。

从现有技术中已知如下布置，其中功率半导体和逆变器的汇流排安装在常见的金属载体上。功率半导体和汇流排必须相对于载体通过适当的措施绝缘。载体本身必须安装在马达壳体上。常规来说，功率半导体通过良好导热的薄膜相对于载体绝缘。汇流排在单独的汇流排壳体中引导，所述汇流排壳体安装在金属载体上。载体连同已安装的功率半导体和汇流排或连同汇流排壳体利用放置在其之间的密封装置和良好导热的中间层旋紧。

技术实现要素：

本发明基于的目的尤其在于，将功率电子器件布置和支撑为，使得每个功率半导体或功率模块借助于与相应的功率半导体的或功率模块的厚度无关的适当的接触力直接压向马达壳体上的冷却面。此外，这种布置应当是可容易地安装到压缩机的主部件上的，理想情况下呈简单的模块化的逆变器的形式。

本发明的目的的解决方案在于一种具有布线的电子功率器件的安装组件，其具有用于空调设备的电压缩机的逆变器的布线的电子功率器件，所述安装组件包括支架结构，所述支架结构具有底部，所述底部形成所述支架结构的上侧和下侧并且具有多个从所述上侧至所述下侧的通道，所述通道用于如下固定元件，所述固定元件用于将所述支架结构固定在马达壳体上，其中在所述底部的下侧上构成有一个容纳空腔或多个容纳空腔，在所述一个或多个容纳空腔中嵌入有布线的功率模块或多个分立的、布线的功率半导体，并且其中在每个容纳空腔中构成有用于使所述容纳空腔与所述功率半导体的向上指向的面局部接触的接触区域，而所述功率半导体的相对置的、向下指向的面形成所述安装组件的下部的外面的一部分，并且其中所述支架结构在所述容纳空腔上方具有易弯曲的区域，所述易弯曲的区域能够沿着所述功率半导体的或所述功率模块的厚度的方向相对于所述支架结构的其他区域弯曲。改进方案在下文中给出。所述安装组件尤其适合于空调设备的电压缩机的逆变器。安装组件包括具有底部的支架结构，所述底部形成支架结构的上侧和下侧并且具有多个从上侧至下侧的通道，所述通道用于固定元件，所述固定元件用于将支架结构固定在马达壳体上。在底部的下侧上构成一个容纳空腔或多个容纳空腔，布线的功率模块或多个分立的布线的功率半导体嵌入所述一个或多个容纳空腔中。在此，在每个容纳空腔中构成有用于使容纳空腔与功率半导体或功率模块的向上指向的面局部接触的接触区域，而功率半导体的或功率模块的相对置的、向下指向的面形成安装组件的下部的外面的一部分。优选地，在支架结构的容纳空腔的接触区域和功率半导体的或功率模块的向上指向的面之间构成线接触或点接触。根据本发明，支架结构在容纳空腔上方具有易弯曲的区域，所述易弯曲的区域沿着功率半导体的或功率模块的厚度的方向可相对于支架结构的其他区域弯曲。

由此，具有布线的电子功率器件的安装组件包括多个分立的功率半导体或单个整体布线的功率模块以及支架结构，在所述支架结构之内设置有多个分立的功率半导体或单个整体布线的功率模块并且所述支架结构能够固定在电压缩机的马达壳体上。优选地，固定机构是螺钉。

必要时，具有布线的电子功率器件的安装组件还包括多个汇流排，所述汇流排同样设置在支架结构之内。在不使用汇流排的情况下，例如在压缩机中，安装组件能够仅由功率半导体和支架结构构成，其中在所述压缩机中电的壳体穿引部的销直接接触到电路板中。支架结构可定位在逆变器的电路板下方。根据本发明的一个有利的实施方式，支架结构的底部具有开口，布线的功率半导体的或布线的功率模块的管脚引导穿过所述开口并且延伸穿过支架结构至这样的程度，使得所述管脚能够引导穿过逆变器的在支架结构中定位的电路板并且能够焊接到逆变器的电路板上。

支架结构不仅提供用于每个功率半导体或功率模块的容纳空腔并且必要时也提供用于一个或多个汇流排的沟槽。汇流排能够压入与其相关联的沟槽中并且通过分别刻有沟槽的肋片定位和保持，所述肋片提供相对于相应的汇流排的紧密匹配。优选地，支架结构在底部的下侧上具有匹配于汇流排的沟槽，汇流排通过压入到所述沟槽中来固定。分立的功率半导体或功率模块，如已经提到的那样，定位在支架结构之内的适合的容纳空腔之内。汇流排同样能够如布线的功率半导体的或布线的功率模块的管脚那样穿过在支架结构的底部中的适当的开口引入并且延伸穿过支架结构至这样的程度，使得所述支架结构能够引导穿过逆变器的电路板并且能够焊接到逆变器的电路板上。

本发明的另一方面涉及上述安装组件与压缩机的马达壳体的组装件。在安装在压缩机的马达壳体上的状态中，支架结构通过多个固定元件，优选螺钉固定在压缩机的马达壳体上。支架结构和集成到其中的功率半导体或功率模块在此被压向冷却面。在支架结构之内的用于功率半导体或功率模块的每个容纳空腔具有接触区域，以便给功率半导体的上侧加载所需要的压紧压力。支架结构具有易弯曲的区域，使得其通过支架结构的弯曲能够实现支架结构与分立的功率半导体的或功率模块的厚度差异相匹配。旋拧点和接触元件以方式放置：不出现机械超定。因此在使用分立的功率半导体的情况下，优选将不多于两个的功率半导体放置在两个螺钉之间。这保证，所有功率半导体具有向着冷却面的足够的接触力。功率半导体能够矩形地、三角形地、不规则地或圆形地设置。为了改进导热能力并且为了将功率装置和汇流排相对于冷却平面电绝缘，有利地将由导热材料构成的中间层，更准确地说，由良好导热的、电绝缘的导热材料的层，放置在安装组件下方，也就是说放置在安装组件和马达壳体的冷却面之间。支架结构优选由塑料材料构成。在塑料材料不够稳定的情况下，为了产生向着功率装置的足够的接触压力，能够在支架结构之内使用以塑料包覆注塑的或嵌入有塑料的金属增强部。

附图说明

本发明的设计方案的其他细节、特征和优点从接下来参照附图对实施例的描述中得到。附图示出：

图1a通过观察支架结构的上侧示出安装组件的立体视图；

图1b在支架结构具有嵌入的功率半导体和汇流排的下侧的俯视图中示出安装组件；

图1c通过观察电路板示出与电路板连接的安装组件，其中所述电路板具有穿过所述电路板的母线端部和功率半导体的管脚；

图1d示出马达壳体连同安装在其上的安装组件的立体视图；

图2示出通过马达壳体、由导热材料构成的中间层以及具有电路板的安装组件组成的组装件的分解视图，所述安装壳体具有电的壳体穿引部的销和冷却面；

图3示出具有处于旋紧的状态中的功率半导体的安装组件的剖视图；

图4a通过观察六角形的支架结构的上侧示出安装组件的立体视图；

图4b在六角形的支架结构的具有嵌入的功率半导体的下侧的俯视图中示出安装组件；

图4c通过观察电路板与功率半导体的穿过所述电路板的管脚示出与电路板连接的安装组件，；

图4d示出马达壳体连同安装在其上的、具有六角形的支架结构的安装组件的立体视图；

图5示出通过马达壳体、由导热材料构成的中间层以及具有电路板的安装组件组成的组装件的分解视图，所述马达壳体具有电的壳体穿引部的销和冷却面；以及

图6示出具有处于旋紧的状态中的功率半导体的安装组件的剖视图。

具体实施方式

图1a和图1b示意性地示出安装组件1的原理上的构造，所述安装组件包括支架结构2以及设置在其中的布线的电子功率器件，所述电子功率器件呈多个分立的布线的功率半导体3以及汇流排4的形式。

图1a通过观察支架结构2的上侧示出安装组件1的立体视图，所述支架结构具有底部5，所述底部由边缘6环绕。支架结构2的底部5具有不同的开口7、8，其中功率半导体3的管脚3a引导穿过一组开口7而汇流排端部4a引导穿过另一组开口8。此外，支架结构2具有多个根据图1为四个的伸展穿过支架结构2的底部5的套筒9以引导和支撑固定元件。固定元件根据图1a以螺钉10的形式存在，其螺钉头与套筒9的内直径相比必须是相应更大的，使得螺钉头能够作为止挡件和/或接触面压向位于支架结构2的上侧上的套筒的端侧或压向放置在所述端侧上的垫片。借助于作为从上侧起引入的固定机构的螺钉10，能够将支架结构2固定在马达壳体上。

图1b在支架结构2的俯视图中示出安装组件1，所述支架结构具有：嵌入支架结构2的容纳空腔中的、布线的功率半导体3，所述功率半导体分别具有三个管脚3a，所述管脚引导穿过支架结构2的底部5中的开口7；和汇流排4，所述汇流排具有汇流排端部4a，所述汇流排端部引导穿过在支架结构2的底部5中的其他开口8。图1b还示出螺钉10的伸展穿过支架结构2的底部5的螺钉端部。

图1c通过从上方观察该电路板11示出与逆变器电路板11连接的安装组件1。在此，汇流排端部4a和布线的功率半导体的管脚3a和伸展穿过电路板11。为此，汇流排端部4a和功率半导体的管脚3a首先分别通过在支架结构2的底部中的适当的开口输送并且延伸穿过支架结构2至这样的程度，使得其能够通过开口12、13引导穿过位于支架结构2上的电路板11并且焊接到电路板11上。而电路板11中的另一组开口14由上述套筒9穿过，所述套筒预先设置为固定装置，即预先设置用于引导和支撑螺钉10。在此，螺钉10的螺钉头与所属的开口14相比是相应更小的并且作为止挡件和/或接触面不压向电路板11，而是压向套筒9的相应的上端侧。

图1d示出马达壳体15连同安装在其上的安装组件1的立体视图。汇流排端部4a和功率半导体3的连接端子3a引导穿过支架结构2的底部5中的不同的开口7、8。通过套筒9引入作为用于将安装组件1固定在马达壳体上的固定机构的螺钉，其中螺钉头作为止挡件和/或接触面压向在支架结构2的上侧上的套筒的端侧。

图2示出由马达壳体15、由导热材料构成的中间层16以及安装组件1构成的组装件的分解视图。安装组件1包括支架结构2，在所述支架结构的下侧上(不可见)，功率半导体嵌入容纳空腔中而汇流排嵌入匹配部中，并且在所述支架结构的上侧上承载电路板11，功率半导体的连接端子3a和汇流排4a伸展穿过所述电路板。马达壳体15在用于安装支架结构1的区域中具有冷却面17，所述冷却面由致冷剂穿流，以及所述马达壳体具有电的壳体穿引部的垂直于冷却面17取向的销18，所述销根据图2设置为三排。在此安装组件1借助于螺钉10固定在马达壳体15上，其中支架结构2以其下侧压向马达壳体15的如下区域，在所述区域中存在冷却面17和电的壳体穿引部的销18，其中在支架结构的下侧上布线的功率半导体和汇流排嵌入空腔中。为了改进导热能力并且为了将布线的功率半导体和汇流排相对于冷却面电绝缘，在安装组件1下方放置热绝缘的导热材料的中间层16，使得导热材料位于马达壳体15的冷却面17和功率半导体3之间。同时，中间层16具有多个用于螺钉10的凹槽19和用于电的壳体穿引部的全部三个销18的较大的凹槽20。

图3示出具有处于旋紧的状态中的布线的功率半导体的安装组件1的剖视图。支架结构2定位在逆变器的电路板11下方。支架结构2在下侧上具有用于每个功率半导体3的容纳空腔21，其中所述容纳空腔21分别向下敞开。功率半导体3，在示出的实例中即具有绝缘栅的双极型晶体管(igbt)，定位在所述容纳空腔21中进而定位在支架结构2之内，其中功率半导体3的向下指向的面3b由于容纳空腔21的开口的位置而不被支架结构2覆盖。每个容纳空腔21具有构成用于使容纳空腔21与功率半导体3的上面3c局部接触的接触区域22。在安装在压缩机在马达壳体之内的状态中，其中所述压缩机在图3中在没有马达壳体的情况下示意地示出，支架结构2通过多个螺钉10压向马达壳体的同样未示出的冷却面，其中所述螺钉引入从电路板伸展直至下侧的套筒9中。螺钉头10a在此作为止挡件和/或压紧面压向套筒9的上端侧。支架结构2本身在容纳空腔上方的区域中具有弹性，使得通过支架结构2的该易弯曲的区域23的弯曲能够实现支架结构2对功率半导体3的厚度偏差的匹配。在旋紧状态中，支架结构2的易弯曲的区域23的弯曲在图3中示意地示出。螺钉10和接触区域22以如下方式放置，使得不机械超静定。因此，刚好两个功率半导体3分别以一排设置在两个螺钉10之间。不多于两个的功率半导体3以一排设置在两个螺钉10之间的事实能够实现，所有功率半导体3借助于适当的接触力以其不由支架结构2覆盖的下面3b压紧到压缩机的马达壳体上。每个容纳空腔21的接触区域22构成为，使得在功率半导体3和内部的支架结构2之间构成线接触，其中接触线垂直于支架结构2的易弯曲的区域23的弯曲方向伸展。

图4a示出作为针对如下情况的实施例的安装组件101：例如在压缩机中不使用汇流排，在所述压缩机中电的壳体穿引部的销直接接触到电路板中。由此，所述安装组件101仅由布线的功率半导体103和支架结构102构成。图4通过观察支架结构102的上侧示出立体视图，所述支架结构具有边缘106，所述边缘六角形地构成。支架结构102的底部105具有三排各六个线性地设置的开口107，其中每排从支架结构102的中间区域105伸展至靠近边缘106的区域。所述三排在此沿着不同的方向伸展，在两个相邻的排之间的角度分别优选为120°。所述开口107设计用于功率半导体的管脚的壳体穿引部。此外，根据图4a的支架结构102在六角形的边缘106的每第二个角部的区域中具有用于引入螺钉110的开口，由此针对这些开口和针对螺钉110得到三角形的布置。

图4b在六角形的支架结构102的具有整体上六个嵌入的功率半导体103的下侧的俯视图中示出安装组件101，所述功率半导体成对地，也就是说以三个两件组的形式设置。图4b还示出螺钉110的伸展穿过支架结构102的底部105的螺钉端部。每个功率半导体103分别具有三个管脚3a，所述管脚引导穿过支架结构102的底部105中的开口107。通过成对地设置功率半导体103，相邻的功率半导体103的总共六个的管脚103a以一排设置，使得其能够引导穿过开口107的上述线性地设置的的排中的一排相应的六个开口107。图4b还示出螺钉110的伸展穿过支架结构102的底部105的螺钉端部。

图4c通过观察电路板111与功率半导体的贯穿所述电路板的管脚103a示出与电路板111连接的安装组件101。为此，功率半导体的管脚103a首先通过在支架结构102的底部中的相应适当的开口引入并且延伸穿过支架结构102至这样的程度，使得其能够通过开口112引导穿过放置在支架结构102上的电路板111并且能够焊接到电路板111上。

图4d示出马达壳体115连同借助于螺钉安装在其上的、具有六角形的支架结构102的安装组件101的立体视图。功率半导体的管脚引导穿过上述多组在支架结构102的底部中的开口。此外，在组装件中电的壳体穿引部的销118从马达壳体115引导穿过在支架结构102的底部中的相应的开口并且可见地伸出所述开口。

图5示出马达壳体115、由导热材料构成的中间层116以及安装组件101构成的组装件的分解视图，所述马达壳体具有电的壳体穿引部的销118和冷却面117。安装组件101包括支架结构102，在所述支架结构的下侧上(不可见)，功率半导体嵌入容纳空腔中。马达壳体115在用于安装支架结构102的区域中具有冷却面117，所述冷却面由致冷剂穿流，以及所述马达壳体具有电的壳体穿引部的垂直于冷却面117取向的销118。与根据图2的实施例相比，电的壳体穿引部的三个销118更大程度地彼此间隔开并且在此具有基本上三角形的布置。支架结构102的底部115具有相对应的穿通口，使得在组装件中电的壳体穿引部的销118也伸展穿过支架结构102。安装组件101借助于螺钉110固定在马达壳体115上，其中支架结构102以其下侧压向马达壳体115的如下区域，在所述区域中存在电的壳体穿引部的销118和冷却面117，其中在支架结构的下侧上功率半导体嵌入容纳空腔中。为了改进导热能力并且为了将功率半导体和汇流排相对于冷却面电绝缘，在安装组件101下方放置热绝缘的导热材料的中间层116，使得导热材料位于马达壳体115的冷却面117和功率半导体103之间。同时，中间层116具有三个用于电的壳体穿引部的全部三个销118的三角形设置的凹槽120。

图6示出具有处于旋紧的状态中的功率半导体103的安装组件101的剖视图。支架结构102定位在逆变器的电路板111下方。支架结构102在下侧上具有用于每个功率半导体103的容纳空腔121，其中所述容纳空腔121分别向下敞开。功率半导体103，在所示出的实例中即具有绝缘栅的双极型晶体管(igbt)，定位在所述容纳空腔121中进而定位在支架结构102之内，其中功率半导体103的向下指向的面103b由于容纳空腔121的开口的位置不被支架结构102覆盖。每个容纳空腔121具有构成用于使容纳空腔121与功率半导体103的上面103c局部接触的接触区域，所述接触区域呈接触元件122的形式。在压缩机安置在马达壳体之内的状态中，其中所述压缩机在图6中在没有马达壳体的情况下示意地示出，支架结构102通过多个螺钉110压向马达壳体的同样未示出的冷却面。支架结构102本身在容纳空腔上方的区域中具有易弯曲的元件123进而具有弹性，使得通过支架结构102的所述易弯曲的区域123的弯曲能够实现支架结构102对功率半导体的厚度偏差的匹配。在旋紧状态中，支架结构102的易弯曲的区域或元件123的弯曲在图6中示意地示出。螺钉110和接触元件122以如下方式放置，使得不出现机械超静定。因此，总是刚好两个功率半导体103设置在两个螺栓110之间，如也从图4b中可见。由此能够实现，所有功率半导体103借助于适当的接触力以其不由支架结构102覆盖的下面103b压紧到压缩机的马达壳体上。

附图标记列表

1具有布线的电子功率器件的安装组件

2支架结构

3功率半导体

3a管脚

3b功率半导体的向下指向的面

3c功率半导体的向上指向的面

4汇流排

4a汇流排端部

5支架结构的底部

6支架结构的边缘

7用于功率半导体的管脚的开口

8用于汇流排端部的开口

9套筒

10螺钉

10a螺钉头

11电路板

12用于在电路板中的管脚的开口

13用于在电路板中的汇流排端部的开口

14用于在电路板中的套筒和螺栓的开口

15马达壳体

16由导热材料构成的中间层

17冷却面

18电的壳体穿引部的销

19在中间层中的用于螺钉的凹槽

20在中间层中的用于电的壳体穿引部的销的凹槽

21用于功率半导体的容纳空腔

22接触区域

23内部的支架结构的弯曲

101具有布线的电子功率器件的安装组件

102支架结构

103功率半导体

103a管脚

103b功率半导体的向下指向的面

103c功率半导体的向上指向的面

105支架结构的底部

106支架结构的边缘

107用于功率半导体的管脚的开口

110螺钉

111电路板

112在电路板中的用于功率半导体的管脚的开口

115马达壳体

116由导热材料构成的中间层

117冷却面

118电的壳体穿引部的销

120在中间层中的用于电的壳体穿引部的销的凹槽

121用于功率半导体的容纳空腔

122接触元件

123支架的易弯曲的元件