用于将直流电压转换为交变电压的设备和电气组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及电气组件，特别是借其可以将直流电压转换为交变电压的电气组件。
【背景技术】
[0002]存在众多的其中使用了也称作逆变器的这类组件应用。例如，逆变器在露营领域中使用，以便于从机动交通工具或大篷车的车载网络的直流电压(例如从12V电源电压)产生单相交变电压，因为其通常用于具有220V有效电压的交变电压网络中，以能够也操作在移动环境中的常规装置。
[0003]为了产生交变电压，两个高频的电气开关和/或功率半导体的负恒定电源电压和正恒定电源电压切换至交变电压输出，以便于产生AC输出电压的正和/或负半波。这些逆变器可用于单相实施方式以及两相或三项实施方式。用作开关的单独的功率半导体通常作为电气组件被安装在单个模块内，也即在母板和/或印刷电路板(PCB)上，通常具有补助功能性的额外部件，诸如并联连接至功率半导体的续流二极管。
[0004]借其从直流电压产生单相或多相交变电压的用于这些电气组件的重要的较新应用是电气化机动交通工具，其中使用这些组件以便于产生对于电动机的受控操作所需的交变电压以驱动交通工具。如此，通常实施高电能，使得必须冷却用于将电源电压切换至模块和/或电气组件的相关交变电压输出端的功率半导体，例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。这防止了由于单个部件中自身的固有功率损耗而破坏功率半导体。因此，为了产生每个相位，用于电压转换的模块和/或电气组件通常每个使用工作在高切换开关速度下的相同类型的功率半导体和/或半导体开关的配对以便于产生相关相位的交变电压。由于高切换开关速度和部分大量的切换功率，这些电气组件可以在交通工具的车载网络中引起重大的干扰。这些动态干扰可以包括高达数百MHz的频率，并且除了操作交通工具所需的功能之夕卜，也干扰了例如无线电接收、电视接收、数字无线电接收和交通工具中其他舒适功能。此夕卜，更危险的是，可以通过散布高频干扰而干扰交通工具中诸如数据总线系统的安全相关系统。
[0005]因此，需要提供用于将直流电压转换为交变电压的电子组件，其在围绕它们的网络和/或电源电压网络中引起较少干扰。
【发明内容】
[0006]本发明的一些实施例通过使用用于将直流电压转换为交变电压的电气组件而促进这点，其包括用于分配第一 DC电源电压的第一电源电压区域和用于分配第二 DC电源电压的第二电源电压区域，以及具有连接至第一电源电压区域的输入端子和连接至组件的交变电压输出端的输出端子的至少一个第一功率半导体，以及具有连接至第二电源电压区域的输入端子和连接至电路的交变电压输出端的输出端子的第二功率半导体。为了提高电磁兼容性(EMC)和/或为了减小干扰的发射，第二电源电压区域延伸在第二功率半导体的背离其输入端子的侧面上，以及第一电源电压区域延伸在第一功率半导体的面对第一功率半导体的输入电压端子的侧面上。即便其可以是充分的，为了电接触至少第二功率半导体以仅引导与其相关联的第二电源电压区域直至第二功率半导体，如果其输入电压端子位于功率半导体的背离电源电压区域的侧面上，设置电气组件以使得第二电源电压区域也延伸在第二功率半导体的背离输入电压端子的侧面上并且因此也在其下方延伸。这可以导致第二电源电压区域也延伸在第二功率半导体的输出端子与电气组件的其他金属区域、诸如冷却板或类似物之间，这可以因此具有对于其他金属物体的屏蔽效应。这可以是特别有利的，如果输出端子位于功率半导体的面对将要被屏蔽的其他部件的侧面上，因为随后在输出端子与其他金属部件之间的电容将特别大。与由于功率半导体的输出端子处切换的电压而发生的高频交变协力，这可以是干扰的潜在来源，其可以散布干扰至周围系统中。额外的屏蔽可以允许部分地抑制这些干扰。
[0007]根据本发明的一些其他实施例，第二功率半导体设置在额外的衬底上，为此目的其包括在直接连接至第二功率半导体的输出端子的表面上的导体结构，其中衬底设置在第二功率半导体与第二电源电压区域之间。使用额外的衬底和/或额外的PCB使其能够以简单方式、甚至当使用两个等同的功率半导体时引导电源电压区域在功率半导体之下而并未短路其输出端。此外，使用由此接触第二功率半导体的输出端子的额外衬底，可以以成本有效以及仍然灵活的方式提供所需的功能。此外，可以由额外的衬底增大对于干扰产生特别关键的功率半导体的输出端子与相邻金属结构之间的距离，因此也由此减小了不可避免地由输出端子与周围金属部件所形成的电容。减小该寄生电容可以进一步有助于减小由高切换频率产生的干扰。任何三维本体应该就此而言被理解为衬底，其在本征方面上是电绝缘的；然而，在其上、在其处或者在其中可以是和/或可以设置导电结构和/或导电迹线。
[0008]除了关于功率半导体的寄生输出电容的机制之外，根据本发明的一些实施例可以通过以相对于额外特征和/或电路部件对称方式实施电气组件而进一步改进电磁兼容性。为了促进这点，第一和第二电源电压区域根据本发明的一些实施例关于几何区域而近似等同地实施。这意味着在平面内延伸的第一电源电压区域以及在另一平面内延伸的第二电源电压区域包括例如小于百分之十、优选小于百分之五的面积差，以使得在电源电压支路中感应产生的干扰和/或切换电流对称地表现和/或散布，这可以整体减小电磁干扰的发射。也即，使用合适的电路板布图和/或合适的电气组件布图可以导致进一步减小干扰的发射。
[0009]根据一些其他实施例，电源电压区域在相同平面内延伸并且相对于位于两个区域之间的对称轴线还对称。中间电路和/或电源电压区域的完全对称实施方式可以进一步改进电磁兼容性。
[0010]根据一些其他实施例，两个电源电压区域由至少一个电容器相互耦合，从而可能对称的感应产生的电流并未仅在远场中部分地相互补偿，而且还进一步在产生的位置处可以发生干扰的至少部分的补偿。根据一些实施例，可以由此进一步减小干扰电磁波的发射。
[0011]根据本发明的一些实施例，相同类型的绝缘栅双极晶体管(IGBT)在每个情形中用作功率半导体以使得可以避免由不同部件实施方式和/或制造方法引起的额外干扰。
[0012]根据本发明的一些其他实施例，电源电压区域以低电感方式连接，也即并不包括可以导致发出干扰电磁场的高电感。为此目的，第一和第二电源电压区域的接触在每个情形中均被引导至作为二维接触的外壳的边缘，此处可以从外部接触它们。如果二维导体结构用于延伸在功率半导体两侧面上的接触，则可以能够获得所使用的功率半导体和/或IGBT的额外屏蔽效应。这意味着，根据一些实施例，在功率半导体的一个侧面上的第二电源电压区域可以例如拉长直至外壳的边缘，并且在功率半导体的相对侧面上的第一电源电压区域可以引导直至外壳的边缘，以使得功率半导体由两个金属迹线包封功率半导体，这可以导致对用于发射干扰的相关部件的进一步屏蔽，特别是功率半导体的输出端子。
[0013]根据一些实施例，陶瓷衬底位于电源电压区域的背离其上施加了电源电压区域的功率半导体的侧面上，以使得一方面电源电压区域可以用于传输电能，并且另一方面可以用于经由陶瓷区域和/或陶瓷而耦合冷却系统，这对于电气组件的连续工作是必须的。
[0014]为了促进长期稳定操作，本发明的其他实施例可以例如包括在陶瓷衬底的背离功率半导体的侧面上的金属散热器，用于确保冷却并且因此用于以成本有效方式并在集成设计中增强电气组件的耐久性。
[0015]根据本发明的一些其他实施例，电气组件包括等同的功率半导体的额外配对或者两个额外配对，其连接至电气组件的第二交变电压输出端和/或至第三交变电压输出端，以使得借由本发明的另外实施例的方式也可以产生两相或三项交变电流、和/或在其他实施例中产生具有任意数目相位的交变电流，而并不具有重大干扰散布至车载网络中和/或周围电气网络和/或无线电网络中。
【附图说明】
[0016]以下将参考附图更详细描述本发明的实施例，其中:
[0017]图1示出了用于将直流电压转换为交变电压的电气组件的实施例；
[0018]图2示出了传统设置的剖视图，其中功率半导体可以交替地安装在根据图1的组件中。
[0019]图3示出了在图2中也示出的传统设置与根据本发明的一个实施例的设置之间的对比；
[0020]图4示出了电气组件的另一实施例；
[0021]图5示出了电气组件的另一实施例；
[0022]图6示出了电气组件的另一实施例；以及
[0023]图7示出了在机动交通工具中使用电气组件的示意图。
【具体实施方式】
[0024]现在将参照其中示出了一些实施例的附图更详细描述各个示例性实施例。在附图中，为了清楚可以夸大线条、层和/或区域的厚度。
[0025]