高功率电子模块以及制造这样的模块的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及功率(power)电子设备领域，并且更具体地涉及功率电子模块。
【背景技术】
[0002]对于诸如中断电信号的一些功能的性能，已知中等和低电压电路可以装配有诸如功率电子模块的功率电子设备。每个这样的功率模块可以包括被布置在一起以形成所配备的电气电路的电气子电路的诸如二极管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)的多个功率电气组件。
[0003]更确切地，除了所述多个组件之外，这样的功率电子模块还包括支撑组件并连接它们的功率触头之一的支撑物、以及当它们具有控制触头时连接组件的另一功率触头与它们的控制触头中的至少一个的连接板。这样，将组件集成到具有用于疏散由组件在操作中释放的热量的两个换热表面(即，支撑物和连接板的表面)的单个模块中。
[0004]然而，在这样的配置中，大部分热量通过支撑物疏散。在每个组件与连接板之间的连接点处的热触头的表面积远小于每个组件与支撑物之间的表面积。结果是排热的效率减小，并且与支撑物与连接板之间的温差以及由此产生的差热膨胀有关的机械问题产生。
[0005]文献US2013/020694A1公开了如何生产包括第一和第二支撑物的模块，其中在第一和第二支撑物上布局电子组件，以便改善温度分布以及优化由电子模块的组件释放的热量的疏散。在此文献中公开的模块的布局中，每个组件具有第一面和第二面，其中第一功率触头位于该第一面上并且通过该第一面由支撑物之一支撑，并且第二功率触头位于该第二面上并且通过该第二面连接至另一支撑物。在这样的模块中，相同类型的组件与第一支撑物上支撑的第一组件以及第二支撑物上支撑的第二组件串联连接。通过此过程，第一组件具有主要的与第二支撑物的热接触，并且第二组件具有主要的与第二支撑物的热接触。
[0006]结果是这样的模块具有用于疏散由组件在操作中释放的热量的两个换热表面，其中在第一与第二支撑物之间具有相对平衡的热量分布。
[0007]然而，这样的模块关于在组件之间的容许连接点与支撑物之间的热分布具有多个缺点。这样的模块的热分布并不总是真正地平衡，因为经常存在两个组件并非对称地或以平衡的方式操作的情况，这会导致热不平衡。此外，根据文献US2013/020694 A1中给出的原理，关于容许电气电路存在严格约束，因为必须串联地安装组件以便创建平衡的热量分布。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于解决这些缺点，从而目的在于提供一种功率电子模块，其不限制容许的电气电路，同时具有与操作配置无关的便于平衡的排热的配置。
[0009]本发明涉及一种功率电子模块，包括:
[0010]-多个功率电子组件，每个组件包括第一面和第二面，其中第一面试图与支撑物的电气电路电接触地被支撑在所述支撑物上，所述第二面试图电连接至具有比在所述第一面与所述支撑物之间的接触面积小的热接触面积的另一电气电路，[0011 ]-第一和第二支撑物，它们彼此近似平行地布置，并且分别包括第一和第二电气电路，
[0012]成对地布置所述组件中的至少一些，每对包括第一和第二近似相同的组件。
[0013]—对中的两个组件具有冗余布置，该对中的第一组件被第一支撑物支撑并且连接至第二电气电路，所述第二组件被第二支撑物支撑并且连接至第一电气电路，以便与该对中的第一组件并行地操作。
[0014]这样的模块能够良好地排除在操作期间释放的热量，并且在第一和第二支撑物之间具有平衡的热分布，同时使得可以在其不同组件之间进行相对复杂的连接。对于每对组件，在第一组件与第一支撑物之间的换热表面积实际上等于第二组件与第二支撑物之间的换热面积，以考虑到第一和第二组件是冗余的并且并行地作用，在两个支撑物之间提供平衡的分布。此外，这样的设置决不限制可以对这样的模块使用的电路，因为每个组件可以被并行操作的等效组件对取代。
[0015]在本文的以上及其余部分中，表述“第一和第二组件具有冗余布局”意味着第一组件和第二组件具有等效布局，在等效布局中它们并行地并且在实际上相同的条件下操作。
[0016]在本文的以下且其余部分中，表述“以便并行地操作”意味着第一组件和第二组件直接彼此并联地安装、或者安装在如下电路中:其中，第一组件和第二组件包括在该电路的彼此并联的两个等效支路中。因此，这样的配置例如包括具有两对组件的电路，其中两对中的彼此串联的第一组件与该两对中的也彼此串联的第二组件并联。
[0017]在本文的以上及其余部分中，表述“近似相同的组件”意味着组件在容限内具有相同的特性。
[0018]第一和第二组件可以彼此并联地安装。
[0019]每个组件可以通过例如可以通过球焊或钎焊获得的焊桥，连接至不支撑它们的支撑物的电气电路。
[0020]每个组件的第一面可以通过焊料或钎焊材料固定至支撑其的支撑物。
[0021]这样的连接和附着部件实现组件到导电轨道的快速且可靠的电连接、以及组件的牢固的机械附着。包括因此可以容易地制造这两种类型的部件的模块，并且它们可以具有可靠的电和热连接。
[0022]至少一对的每个组件可以包括至少一个控制触头和至少两个功率触头，所述控制触头位于第二面上，并且至少一个第一功率触头位于第一面上，第一和第二支撑物的每个的电气电路可以包括称为功率轨道的至少一个第一高功率电路导电轨道以及称为控制轨道的控制导电轨道，
[0023]并且所述至少一对的组件可以布置在对应的支撑物上，其中第一面的功率触头与高功率轨道接触，并且控制触头连接至不支撑所述组件的支撑物的控制轨道。
[0024]通过这样的模块配置，便于包括诸如受控开关的控制触头的一对组件的连接。
[0025]第一支撑物的控制轨道可以具有面向第二支撑物的第一功率轨道的轨道部分，并且第二支撑物的控制轨道可以具有面向第一支撑物的第一功率轨道的轨道部分。
[0026]通过这样的配置，关于第一和第二支撑物的功率和控制轨道，优化在其第二面上包括控制触头的组件的放置。
[0027]可以将包括控制触头的每个组件的第二功率触头布置在该组件的第二面上，第一和第二支撑物的每个包括至少一个第二功率轨道，包括控制触头的组件可以各自具有连接至不支撑组件的支撑物的第二功率轨道的第二控制触头。
[0028]第一支撑物的第二功率轨道可以包括面向第二支撑物的第一功率轨道的轨道部分，第二支撑物的第二功率轨道包括面向第一支撑物的第一功率轨道的轨道部分。
[0029]本发明还涉及一种制造功率电子模块的方法，包括以下步骤:
[0030]-提供第一和第二支撑物，它们分别包括第一和第二电气电路，
[0031]-提供多个功率电子组件，每个组件包括第一和第二面，组件的至少一部分被设计为成对布置，每对包括第一和第二近似相同的组件，
[0032]-将每个第一组件安装在第一支撑物上，使得其被第一支撑物支撑的第一面与第一电气电路电接触，
[0033]-将每个第二组件安装在第二支撑物上，使得其被第二支撑物支撑的第一面与第二电气电路电接触，
[0034]-通过将每个第一组件的第二面电连接至第二支撑物的第二电气电路并且将每个第二组件的第二面电连接至第一支撑物的第一电气电路以便与对应的第一组件并行地操作，来组装第一和第二支撑物，同一对中的两个组件具有冗余布局。
[0035]分别在第一和第二支撑物上的每个第一和第二组件的组装步骤可以是焊接或钎焊所述第一和第二组件的每个的步骤。
[0036]在第一和第二组件的组装步骤期间，可以存在安装焊球的子步骤、以及用于通过所述焊球进行球焊的加热子步骤。
[0037]这样的方法可以用于根据本发明的模块的制造，因此其受益于对应的优点。
【附图说明】
[0038]在参考附图阅读仅为了