载板与电路板之间布置有器件的电路板设施、带有该电路板设施的逆变器和机动车驱动系统的制作方法

本发明涉及一种电路板设施。本发明还涉及一种带有这种电路板设施的逆变器和一种带有这种逆变器的机动车驱动系统。

背景技术：

在用于机动车的逆变器中，半导体开关，像是例如igbt，连同二极管一起通常布置在b6桥式电路中，从而将电池的直流电压转换成用于运行电机的(准)交流电压。当电机用作牵引驱动件时，其可以输出大的功率。相应地所消耗的电功率也很大。这也导致了驱动系统的电部件中(也就是至少在逆变器中和利用其运行的电机中)的大的电流。于是，因为借助半导体在逆变器中必须接通大的电功率，所以它们经常构建成专门的模块，并且在构造上与逆变器的其他信号电子件分离开。

为了构建这样的功率模块，公知许多种在使用不同的材料进行电绝缘、热接驳和电接触的设施。在大部分情况下，半导体的第一布线侧钎焊或者烧结在dbc(直接敷铜板)上，并且相应的背侧与键合线碰触。这些键合线在此作为第二布线平面。因为键合线就使用寿命来说有弱点，所以涉及在其中通过具有合适造型的铜板制成第二布线平面的设施。

用于逆变器的半导体开关和二极管的构建及连接技术主要涉及具有第一布线平面和另一种类型的第二布线平面(例如键合线)的耐高温的陶瓷或金属的载体衬底。这样接触到的半导体开关和二极管被包封以便电绝缘，或者被安装在所谓的外框模块中，并且利用灌封填料被电绝缘且受保护不被环境影响。

优选在dbc上实施的第一布线平面的特征在于主要面式分布的电流引导部。其对寄生电感有不利的影响。

此外还公知许多功率模块，其中，在比较小的、实施为dbc的陶瓷的载体衬底上烧结有半导体开关和配属的二极管。该衬底形成第二布线平面。这些功率模块可以

·具有高的寄生模块电感，

·具有很高的空间需求，因为它们通常都具有自身的壳体，

·需要昂贵的、耐热的材料，

·对布置在其上的半导体开关施加不对称的机械应力，因为第一和第二布线平面通常不是由相同的材料制成，

·在效率和结构空间设计方面进行调整很不灵活，

·有emv的问题(emv＝电磁兼容)，因为它们通常只有在耗费很大的情况下才能被屏蔽。

技术实现要素：

本发明的任务是改进现有技术。

所述任务通过具有独立权利要求所述特征的主题解决。从从属权利要求中可以得出优选的实施方式。据此提出的是：电路板设施、逆变器和机动车驱动系统。

提出的电路板设施具备预制的载板，预制的载板具备带有预先装配在其上的电器件、尤其是半导体器件的器件侧。电路板设施也具备与预制的载板的电器件焊接的电路板。因此，电路板设施能简单且快速地装备完成，其方式是：已经装配有电器件的预制的载板以电器件与电路板焊接。因此，电器件与电路板的与载板对置的一侧焊接。

这些器件与电路板的焊接尤其是借助焊膏实现。在焊接之前，在焊膏预留位置中将焊膏涂到电路板上。

因此，电路板设施的特征在于，其能够以多子层构造方式制成，其中，每一子层都是另一布线平面，这些布线平面能够利用传统的过孔相互连接。于是可以实现具有超过两个布线平面的电路板设施。布线平面此外还可以实施成使得它们能够将寄生电感降低到例如传统设施的寄生电感的十分之一。此外，利用附加的布线平面还可以构建屏蔽子层，利用屏蔽子层能够显著减少emv干扰发射。

电路板可以比dbc或铜板明显更加灵活地生产。于是利用所提出的电路板设施可以快速地对构造空间要求或功率要求的变化做出反应。现代的电路板材料对提出的环境负荷有足够的抵抗力。电路板设施中的连接部位的机械应力几乎是对称的，因为在两个接触侧上起主导作用的是通常用于进行接触的铜的膨胀系数。电路板设施也可以灵活地扩展成无法集成到传统的功率模块中的功能组。其中包括电流传感器(例如各向异性磁阻(amr))、用于制造级联式中间回路的电容器、用于更好的驱控电路的半导体开关的门极电势、发射极电势和集电级电势上的传感器线路。

优选地，在电器件和电路板之间的钎焊区域中没有设置任何阻焊掩膜、像是例如阻焊漆。因此电器件和电路板之间的区域没有阻焊掩膜。由此可以通过钎焊制造出电器件与电路板的大面积的电接触和热接触。电路板相应地是非常低欧姆的并且导热性良好。载板的与器件侧背对的一侧尤其是没有电器件。在此例如可以延伸有电导体迹线。

载板优选地是dbc衬底(dbc＝直接敷铜板)或者是ims衬底(ims＝绝缘金属衬底)，也就是带有陶瓷板和带有布置在陶瓷板上的导体层的衬底。然而载板替选也可以实施为第二电路板。如果不使用dbc作为载板，而是使用电路板作为载板，那么就实现了布置在其上的电器件的更为对称的机械负荷。借此再一次延长了使用寿命。构成载板和电路板的材料于是尤其是一样的。

与dbc衬底不同地，电路板涉及印制电路，也就是pcb(印制电路板)。这种电路板由至少一个绝缘体层和布置其上的导体迹线构成。绝缘体层通常由纤维强化的塑料构成。导体迹线从面式覆盖绝缘体层的金属层、尤其是铜金属层剥出，例如通过蚀刻法。这种电路板也可以实施为多子层的，也就是具有多个且处于不同平面内的导体迹线层(多子层式构造)。

优选地，电器件烧结到载板上，也就是借助烧结法固定到载板上面并且与之电接触。优选地，电器件因此以一侧烧结到载板的器件侧上，并且以背对的另一侧尤其是通过焊膏钎焊到电路板上。电器件尤其是面式地与电路板焊接、尤其是以背对载板的各自的接触表面与电路板焊接。这些接触表面尤其是包括各自的器件的整个朝向电路板的表面。

优选地，预制的载板预先装配有刚好一个半导体开关和刚好一个二极管作为器件侧上的电器件。半导体开关例如是igbt(绝缘栅双极型晶体管)或者mosfet(金氧半场效晶体管)或者hemt(高电子迁移率晶体管)或者jfet(结型场效应晶体管)。半导体开关可以集成式地具有的二极管。

优选地，载板在载板的边沿区域中借助焊膏直接与电路板焊接。于是简单地制造出载板和电路板之间的电连接。当半导体开关作为电器件布置在载板上，那么就可以让其栅极、漏极和源极与电路板电连接或者其基极、发射极、集电极与电路板电连接，因为它们经常布置在半导体开关的不同侧上。于是，载板经常用作一个布线平面并且电路板用作另外的、用于该半导体开关的第二布线平面。半导体开关的一侧因此能够与电路板直接接触，而半导体开关的另外的背对的一侧能够与载板直接接触。载板又经由直接的钎焊连接在其边沿区域中与电路板接触。

优选地，载板与电路板在载板的至少两个对置的边沿区域上尤其是通过焊膏直接焊接。这包括，载板能够与电路板在载板的刚好两个对置的边沿区域上尤其是通过焊膏直接焊接。在此，电器件(也就尤其是半导体开关和二极管)布置在这些直接的钎焊连接部之间。这样的布置方式已经被证明是非常有利的。

优选地，设置多个预制的载板，它们分别预先装配有刚好一个半导体开关和刚好一个二极管作为电器件。多个预制的载板的半导体开关和二极管与电路板尤其是通过焊膏焊接。因此，为多个预制的载板设置刚好一个电路板。在这个电路板上钎焊有半导体开关和二极管形式的电器件。由此例如可以简单地并且模块式地构建出逆变器。

电路板设施因此可以形成所谓的功率模块。这样的功率模块形成自身的构造单元。在这种功率模块中，可以为具有预先装配在其上的电器件的载板设置刚好一个与器件焊接的唯一的电路板。作为替选，功率模块也可以包括其中多个具有预先装配在其上的器件的载板并且包括刚好一个与器件焊接的共同的电路板。功率模块也可以形成电半桥，其中，多个、尤其是两个具有预先装配在其上的器件的载板钎焊到共同的电路板上。其中一个具有预先装配在其上的器件的载板于是形成了半桥的高侧开关，并且其中另一个具有预先装配在其上的器件的载板于是形成了半桥的低侧开关。实施为半桥的功率模块于是尤其是具备在电方面布置在高侧开关和低侧开关之间的相接头，以及具备两个直流电压接头，以及具备用于驱控高侧和低侧开关的接头。

本发明提出的逆变器具备所提出的电路板设施。因此它也能够简单并且快速地装配完成。这样的逆变器也可以被称为dc-ac-转换器。逆变器被实施为将直流电(dc＝直流电)转换成(准)交流电(ac＝交流电)。反之，逆变器也可以实施为将交流电转换为直流电。

优选地，逆变器包括多个半桥。它们分别通过两个相互串联接连的半导体开关形成。此外，与这两个半导体开关的每一个都并联接有二极管。半导体开关和二极管于是形成所提出的电路板设施的电器件。逆变器于是例如可以实施为b6逆变器，也就是说具有三个半桥。这些半桥分别用于为逆变器的刚好一个相通电。

特别优选地，设置刚好一个用于多个载板的共同的电路板。针对每个载板于是布置了刚好其中一个半导体开关和刚好其中一个二极管作为电器件。作为替选、正如所阐述的那样、可以仅为其中一个载板或者其中几个载板设置共同的电路板，具有预先装配在其上的器件的一个或多个载板钎焊到共同的电路板上。这种具有载板的电路板于是尤其是形成功率模块。在这种情况下，逆变器由多个这样的功率模块构建。

本发明提出的机动车驱动系统具备电机作为牵引驱动件，也就是用于提供驱动扭矩，并且它具备所提出的、用于运行电机的逆变器。因此，逆变器为电机供应运行电机所需要的电流，尤其是供应(准)交流电。电机因此尤其是一种旋转磁场电机，像是例如同步电机或者异步电机。

附图说明

接下来借助附图更详尽地阐述本发明，从中可以获取本发明的其他优选实施方式。附图在此用示意图示出：

图1电路板设施；

图2逆变器；

图3机动车驱动系统。

在附图中，相同的或者至少功能相同的器件/元件配有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了具有电路板1和载板2的电路板设施的一部分。载板2在载板2的共同的器件侧上预制有预先装配在其上的电器件3、4。因此，载板2连同器件3、4形成模块，该模块为了制造电路板设施而被安放到电路板1上并且与之连接。载板2的与器件侧背对的侧(在图1中是上侧)不具有电器件。

在图1中所示的电路板设施尤其是形成功率模块，功率模块针对每个载板2具备刚好一个独立的电路板1。通过多个这样的功率模块能够简单地构建出逆变器。作为替选，功率模块也可以具备多个具有刚好一个共同的电路板1的载板2。

器件4是半导体开关，例如尤其是igbt，并且器件3是二极管。载板2是具有陶瓷板并且具有布置在其上的导电层的衬底，例如尤其是dbc衬底或者ims衬底。电器件3、4尤其是布置在载板2上的仅有的电器件。与此同时还可以设置更多的半导体开关和/或二极管。当半导体开关3例如是mosfet时，二极管也可以集成到半导体开关3中。电路板1是pcb(印制电路板)。

当前，器件3、4以一侧烧结在载板2上。这在载板2的预制的范围中进行。器件3、4的与之背对的另一侧例如通过焊膏5面式地钎焊到电路板1上。器件3、4的这一侧于是整体形成用于电路板1的接触面。这种钎焊可以在再流焊过程的范围内实现，为此事先将焊膏通过钎焊模板施加到电路板1上。电路板1可以事先利用阻焊掩膜5进行涂层。器件3、4和电路板1之间的钎焊连接部配有附图标记6。

载板2此外还与电路板1在载板2的边沿区域中直接焊接，例如同样是通过焊膏。载板2和电路板1之间的这种直接的钎焊连接部配有附图标记7。通过钎焊连接部6、7，使得电器件3、4完全地与电路板1电接触。

正如所阐述的那样，图1只示出了电路板1的一部分。在整个电路板上还可以任意地布置许多其他的这种预制的载板2，例如用以形成逆变器(例如见图2)。

图2示出了通过根据图1所示的电路板设施构建起来的逆变器10的示意性构造。为此，电路板设施具有电路板1。在这个电路板上，正如上文所述，布置了其中多个预制的载板2(在这里示例性地为六个载板2)。每个载板2具有半导体开关3和二极管4作为仅有的电器件。逆变器在输入侧包括用于直流电线路dc+和dc-的接头，逆变器在输出侧具有用于相u、v、w的接头。逆变器10此外还包括未详尽阐述的中间回路电容器11。此外还可以设置用于驱控半导体开关3的接头。

作为共同的电路板1的代替，针对每个载板2也可以设置刚好一个独立的电路板1。电路板1和载板2于是优选地分别共同形成功率模块。由多个这样的功率模块于是构建出逆变器10。也有可能的是，由多个载板2，然而并不是所有的载板2共同地布置在一个电路板1上。那么优选地，具有多个载板2和布置在其上的电器件3、4的电路板1形成功率模块。逆变器10于是也由多个这样的功率模块构建而成。

在图2中所示的逆变器中，半导体开关3和二极管4以公知的方式作为b6桥式电路相互接连。如果载板2与各一个电路板1实施为功率模块，那么于是就有六个这样的功率模块按照在图2中所示的方式(b6桥式电路)相互接连。

在构建成桥式电路的逆变器10中，半导体开关3和二极管4在多个所谓的半桥中相互接连。每个半桥由具有所从属的二极管4的高侧半导体开关3和具有所从属的二极管4的、所配属的低侧半导体开关3构成。在图2所示的b6桥式电路中，于是设置刚好三个半桥。这样的半桥同样也可以分别实施为自身的功率模块。这样的功率模块于是具备其中两个具有分别在其上预先装配的电器件(半导体开关3和二极管4)的载板2以及具备单个的、仅仅为这两个载板2设置的共同的电路板1。

然而，利用本发明所提出的电路板设施同样可以制造与在图2中所示的构造方式不同的其他的逆变器构造方式，尤其是具有六个以上的半导体开关3和二极管4的情况，并且被包括在这些构造方式中。

图3示出了机动车驱动系统。它包括电机12作为牵引驱动件，也就是用于提供驱动扭矩。为此，电机12机械式地与车轮13联接或者至少可以联接。机动车驱动系统也具备逆变器10。它根据图2所示的方式实施，并且用于运行电机12，也就是用于通电，从而电机12提供驱动扭矩。驱动扭矩不仅可以是正的，也可以是负的，也就是可以起驱动效果也可以起制动效果。逆变器10在马达式运行时被直流电源14(像例如由直流发电机或者牵引电池)供应电能。在发电机式运行时，逆变器10也可以将电流从电机12引回到直流电源14。

附图标记列表

1电路板

2载板

3电器件、半导体开关、igbt等

4电器件、二极管

5阻焊掩膜

6钎焊连接部

7钎焊连接部

10逆变器

11中间回路电容器

12电机

13车轮

14直流电源

dc+直流电线路

dc-直流电线路

u、v、w相