專利名稱：帶有到基片的直接dc連接件的電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及功率逆變器模塊，且更特定地涉及功率逆變 器模塊的子部件，其包括帶有到集成到基片中或沉積在基片上的直接直 流(DC)連接件的電容器。
背景技術(shù)：
功率逆變器;f莫塊通常用于許多應(yīng)用中。例如，汽車工業(yè)使用功 率逆變器以將從電池供應(yīng)的直流(DC )轉(zhuǎn)換為用于提供動(dòng)力給諸如電動(dòng) 機(jī)和牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)備的交流(AC)。功率逆變器模塊包括設(shè)置在功率半導(dǎo)體開關(guān)和DC功率源之 間的電容器設(shè)備，如所謂的"DC鏈接"電容器。電容器的使用用于穩(wěn) 定l俞入電壓變化。 許多高功率密度功率逆變器模塊采用液體冷卻，其中功率開關(guān) 安裝在液體冷卻的散熱片上。電容器靠近開關(guān)設(shè)置。這增加了總體封裝 件的覆蓋區(qū)，電容器和開關(guān)之間的母線的長(zhǎng)度，從而增加母線的封裝體 積和電感。 因此，希望采用將電容器設(shè)置為盡可能靠近開關(guān)的設(shè)計(jì)，該設(shè) 計(jì)減少母線連接件的長(zhǎng)度和母線連接件的相關(guān)電感。此外，這種設(shè)計(jì)應(yīng) 當(dāng)最小化附加資源的花費(fèi)和附加的復(fù)雜性。另外，本發(fā)明的其它希望的 特性和特性從隨后的詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求書結(jié)合附圖以及前述技 術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，提供用于功率逆變器模塊的子部件。電容器 具有端子且集成到殼體中?；惭b在殼體上方。所述基片包含功率半 導(dǎo)體開關(guān)且具有至少一個(gè)直流(DC)接頭。所述至少一個(gè)直流接頭直接 連接到所述電容器的所述端子。 在另 一實(shí)施例中，提供用于包括殼體的功率逆變器模塊部件的 裝置。電容器集成到所述殼體中且具有輸出端子。半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備集成到基片中且布置在所述殼體上方。所述基片具有輸入接頭結(jié)構(gòu)。所述輸 入接頭結(jié)構(gòu)直接聯(lián)接到所述輸出端子。 在又一實(shí)施例中，提供用于功率逆變器模塊的裝置。電容器集
成到殼體中。所述電容器具有對(duì)應(yīng)于多個(gè)直流(DC )連接件的每個(gè)的多
個(gè)輸出端子引線。多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備布置在多個(gè)基片上且安裝在所述 殼體上方。所述多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備中的每個(gè)聯(lián)接到從所述多個(gè)基片延 伸的多個(gè)輸入端子。所述多個(gè)輸入端子中的每個(gè)直接聯(lián)接到所述多個(gè)輸 出端子引線中的每個(gè)。


本發(fā)明將在其后結(jié)合以下附圖描述，其中相同的附圖標(biāo)記表示
相同的元件，且圖1圖示了功率逆變器電路的示范性示意圖；圖2以三維圖示了功率逆變器的第一示范性部件，其中基片靠
近電容器安裝在散熱片上；圖3圖示了圖2所示的功率逆變器的示范性部件的俯視圖； [13]圖4以三維圖示了根據(jù)本發(fā)明的功率逆變器的第二示范性部
件，其中基片安裝在電容器殼體上方；圖5圖示了圖4所示的功率逆變器的示范性部件的俯視圖； [15]圖6以三維圖示了集成到殼體中的電容器，所述殼體帶有多個(gè)
相應(yīng)的DC輸出端子；和圖7再次以三維圖示了圖6所示的殼體，其中含有多個(gè)功率半
導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備的多個(gè)基片安裝在殼體上方。
具體實(shí)施例方式以下的詳細(xì)說明實(shí)質(zhì)上僅僅是示意性的，而不是限制本發(fā)明、 或本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，不由出現(xiàn)在前述技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、 發(fā)明內(nèi)容或以下詳細(xì)說明中的任何明確的或隱含的理論限定。圖1圖示了三相功率逆變器電路10的示范性示意圖。功率逆 變器電路10提供前述輸入DC功率到AC載荷的轉(zhuǎn)換，AC載荷為例如 電動(dòng)機(jī)。DC功率源聯(lián)接到DC-和DC +輸入端子12。電容器14，如前 述DC鏈接電容器14,設(shè)置跨過DC-和DC +端子12。電容器14的輸出端子連接到晶體管16,如絕緣;敗雙極晶體管(IGBT) 16。晶體管與 二極管18并聯(lián)聯(lián)接且通過柵驅(qū)動(dòng)和控制印刷電路板(PCB )(即，控制 器)控制。兩個(gè)晶體管16和二極管18的串聯(lián)構(gòu)成三相開關(guān)設(shè)備的支線 22。三個(gè)支線22中的每個(gè)分別聯(lián)接到表示A、 B和C相的AC輸出26。 此外，希望將連接件(例如，引線17)限制在電容器14和開關(guān)22之間， 這減少了相應(yīng)的母線連接件的長(zhǎng)度和這些母線連接件的相關(guān)電感。轉(zhuǎn)向圖2,描繪了功率逆變器設(shè)備的示范性部分28。部分28 包括安裝在散熱片30上的電容器，散熱片30通常稱為"冷卻板"30。 對(duì)應(yīng)于三相逆變器每個(gè)支線的一連串功率半導(dǎo)體開關(guān)22靠近電容器14 安裝。此外，開關(guān)22包括了一連串晶體管16和二極管18，晶體管 16和二極管18可以包含在一個(gè)或更多的半導(dǎo)體晶片中。開關(guān)22和從而 相應(yīng)的半導(dǎo)體晶片可以布置在基片上或集成到基片中。在一個(gè)實(shí)施例 中，基片可以包括陶瓷介電層(即，氮化鋁或氧化鋁)，該介電層夾層 在兩個(gè)銅層之間?；试S開關(guān)22的電絕緣。然而，基片將由開關(guān)22 產(chǎn)生的熱熱傳導(dǎo)給冷卻板30。由冷卻板30封裝的母線(未示出)將電 容器的輸出端子與開關(guān)22的輸入端子電聯(lián)接。圖3圖示了圖2所示的部分28的結(jié)構(gòu)的俯碎見圖。同樣，電容 器14安裝在冷卻板30上。開關(guān)22安裝到冷卻板30且靠近電容器14, 如圖所示。通過將開關(guān)靠近電容器安裝，連接電容器和開關(guān)的母線的長(zhǎng) 度可能造成不希望的特性，如信號(hào)損失和寄生效應(yīng)，例如母線的寄生電 感。另外，封裝件28的覆蓋區(qū)增加，導(dǎo)致增加的封裝件28體積。圖4根據(jù)要求保護(hù)的主題從概念上圖示了儀器32,其中開關(guān) 38安裝在電容器36上。在所示實(shí)施例中，可以看到基片39,開關(guān)38 布置或集成在基片39上。在前述圖2和3中，將包括開關(guān)22的基片靠近電容器14定位 的動(dòng)機(jī)在于提供由開關(guān)22產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到冷卻板30中的熱傳導(dǎo)性。然 而，開關(guān)22及其集成晶片可以從頂表面或夾層在基片下側(cè)和電容器14 頂部之間的冷卻板30冷卻。 一種這種冷卻方法包括采用介電流體，該 介電流體噴灑在開關(guān)22的頂表面上且通過熱交換器設(shè)備處理。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以采用多種冷卻技術(shù)以提供開關(guān)頂表面的 冷卻，從而減輕冷卻板30熱耗散的需要。根據(jù)冷卻技術(shù)中的所述變化，底板34可用于取代冷卻板30提供用于儀器32的電容器36和開關(guān)38 的結(jié)構(gòu)支撐。因此，在所示實(shí)施例中，底板34總體上表示用底板34取 代冷卻板30,以繼續(xù)提供結(jié)構(gòu)支撐。然而，在其它實(shí)施例中，可以看出， 底板34不是必需的，因?yàn)闄C(jī)械隔離可以通過使用集成在電容器上的殼 體提供。圖5圖示了儀器32的俯視圖。同樣，開關(guān)38和基片39直接 安裝到電容器36。電容器36的輸出端子直接連接到基片39的輸入端子。 因此，最小化電容器和基片39以及開關(guān)38之間的電感。再次，開關(guān)38 和基片39從電容器36附近移開，釋放底板34的表面區(qū)域，這些表面 區(qū)域否則將與開關(guān)38和基片39有關(guān)。因此，儀器32的覆蓋區(qū)和儀器 32的相應(yīng)體積可以制成更小，因?yàn)榈装?4在其它實(shí)施例中可以去除。圖6圖示了在示范性逆變器部件40中去除底板以減少儀器32 的覆蓋區(qū)的結(jié)果。電容器(未示出)可集成到殼體結(jié)構(gòu)42中或通過殼 體結(jié)構(gòu)42封裝。殼體42的頂表面43適于接收基片的底表面。電容器 和由此殼體42可以設(shè)置用于各種應(yīng)用。在所示實(shí)施例40中，電容器和 殼體42圍繞軸線44成圓形布置。然而，電容器和殼體42可以以各種 形狀和尺寸設(shè)置。在一個(gè)實(shí)施例中，殼體42提供電容器的振動(dòng)隔離， 取代冷卻板30或底板34。殼體42可以由剛性熱塑性材料制成以給電容 器和開關(guān)設(shè)備提供足夠的結(jié)構(gòu)支撐。 —連串輸出端子46形成在基片上，如圖所示。端子46為方形 和平坦的，如圖所示，或?qū)唧w應(yīng)用定制。端子46延伸通過殼體以與 電容器連接。類似地，電容器的輸入端子可以延伸通過殼體且形成到總 線端子結(jié)構(gòu)48(例如，DC +和DC-)中，以電連接到DC功率源。母 線48^又在基片和殼體下共面，以減少電感。轉(zhuǎn)向圖7,描繪了示范性逆變器部件組件50,其包括帶有安裝 在其上的一連串開關(guān)52的前述部件40。開關(guān)52布置在基片53上或集 成到基片53中，以用于結(jié)構(gòu)支撐。開關(guān)/晶片52的熱冷卻可以通過前述 頂表面冷卻技術(shù)或前述夾層結(jié)構(gòu)提供?？梢钥闯?，開關(guān)52和基片53的多個(gè)輸入端子可以形成在接頭 結(jié)構(gòu)54中，接頭結(jié)構(gòu)54延伸出基片53或從基片53延伸。接頭54的 物理結(jié)構(gòu)可以形成與電容器的輸出端子46直接相關(guān)。例如，在圖6中， 端子46為方形且大致平坦的，具有一連串安裝孔47。類似地，圖7所示的接頭54是方形且大致平坦的，其中接頭54的安裝孔55對(duì)應(yīng)于(例 如，排成行)端子46的安裝孔47,以附接螺釘或螺栓機(jī)構(gòu)。然而，應(yīng) 當(dāng)理解，其它技術(shù)，如釬焊和焊接，可以用于直接將接頭54與端子46 接合。接頭54與端子46直接連接顯著減少或排除開關(guān)52和電容器 之間的母線連接。在所示實(shí)施例50中， 一連串翅片56集成到開關(guān)52 中，且電并入到基片53中(即，通過基片自身的電路徑)。翅片56用 作開關(guān)52的輸出端子，提供三相AC電路的每個(gè)相應(yīng)的支線/相的AC 輸出。翅片56可以聯(lián)接到電動(dòng)機(jī)或使用AC功率的其它載荷。通過將接頭54與端子46直接連接，可獲得最小的設(shè)備50覆 蓋區(qū)和體積。同樣，可以減少母線連接件和/或引線長(zhǎng)度，這減少了相關(guān) 的電感且增加了總體逆變器性能。此外，部件50具有減少的部件數(shù)量， 獲得了較低的制造成本。雖然在前述詳細(xì)說明中已經(jīng)闡述至少 一 個(gè)示范性實(shí)施例，應(yīng)當(dāng) 理解存在大量的變型。也應(yīng)當(dāng)理解，示范性實(shí)施例或多個(gè)示范性實(shí)施例 僅為示例，且不旨在以任何方式限定本發(fā)明的范圍、應(yīng)用或結(jié)構(gòu)。相反， 前述詳細(xì)說明提供本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施示范性實(shí)施例或多個(gè)示范性實(shí) 施例的便利的路線圖。應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)元件的功能和布置進(jìn)行各種修 改，而不偏離所附權(quán)利要求書及其合法等價(jià)物陳述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種用于功率逆變器模塊的子部件，包括殼體；具有端子且集成到殼體中的電容器；安裝在殼體上方的基片；包含在所述基片中的功率半導(dǎo)體開關(guān)；和聯(lián)接到所述功率半導(dǎo)體開關(guān)的至少一個(gè)直流(DC)接頭，其中所述至少一個(gè)直流(DC)接頭直接連接到所述電容器的所述端子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功率逆變器^t塊的子部件，其特征 在于，所述至少一個(gè)直流(DC)接頭連接到所述功率半導(dǎo)體開關(guān)的輸入 端子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功率逆變器^t塊的子部件，其特征 在于，所述電容器殼體安裝到用于結(jié)構(gòu)支撐的底板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功率逆變器模塊的子部件，其特征 在于，還包括聯(lián)接到電容器的輸入端子且集成到電容器殼體中的DC母 線，以提供到DC功率源的電連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功率逆變器^t塊的子部件，其特征 在于，電容器圍繞軸線成圓形布置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功率逆變器^t塊的子部件，其特征 在于，還包括聯(lián)接到功率半導(dǎo)體開關(guān)的輸出端子且集成到電容器殼體中 的交流(AC)端子，以提供到載荷的電連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于功率逆變器模塊的子部件，其特征 在于，所述直流接頭包括總線以從電容器傳遞電給基片。
8. —種功率逆變器^t塊部件，包括殼體；集成到所述殼體中且具有輸出端子的電容器； 布置在所述殼體上方的基片；集成到基片中且布置在所述殼體上方的半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備；和 集成到所述基片和半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備中的輸入接頭結(jié)構(gòu)，所述輸入接 頭結(jié)構(gòu)直接聯(lián)接到電容器的所述輸出端子。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率逆變器^t塊部件，其特征在于，所 述輸出端子布置在所述殼體的頂表面上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率逆變器^t塊部件，其特征在于，所 述輸入接頭結(jié)構(gòu)連接到所述基片的底表面，與所述半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備電連通。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率逆變器;f莫塊部件，其特征在于，所 述電容器是圓形電容器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的功率逆變器才莫塊部件，其特征在于， 所述基片圍繞所述圓形電容器的頂部成角度地布置。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率逆變器模塊部件，其特征在于，所 述半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備連接到控制器。
14. 一種用于功率逆變器模塊的裝置，包括可設(shè)置為集成到殼體中的電容器，所述電容器具有對(duì)應(yīng)于多個(gè)直流 (DC)連接件的每個(gè)的多個(gè)輸出端子引線；多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備，其布置在多個(gè)基片上方且安裝在所述殼體上方，所述多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備中的每個(gè)聯(lián)接到從所述多個(gè)基片延伸的多 個(gè)輸入端子，其中所述多個(gè)輸入端子中的每個(gè)直接聯(lián)接到所述多個(gè)輸出 端子引線中的每個(gè)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容器和開關(guān)裝置，其特征在于，所述多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備中的每個(gè)包括相關(guān)的晶體管和二極管。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電容器和開關(guān)裝置，其特征在于，所 述晶體管還包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電容器和開關(guān)裝置，其特征在于，所 述晶體管集成到半導(dǎo)體晶片中。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容器和開關(guān)裝置，其特征在于，所 述多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)備中的每個(gè)對(duì)應(yīng)于多個(gè)AC輸出相中的每個(gè)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容器和開關(guān)裝置，其特征在于，還 包括從所述殼體延伸且聯(lián)接到所述電容器的輸入端子的總線端子，以提 供到功率源的電連接。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電容器和開關(guān)裝置，其特征在于，所 述多個(gè)基片包括布置在第 一和第二銅層之間的陶瓷層。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有到基片的直接DC連接件的電容器。提供用于功率逆變器模塊的子部件。該裝置包括電容器，所述電容器具有端子且集成到殼體中?；惭b在殼體上方。所述基片包含功率半導(dǎo)體開關(guān)且具有至少一個(gè)直流(DC)接頭。所述直流接頭直接連接到所述電容器的所述端子。
文檔編號(hào)H02M3/06GK101510727SQ20081012826
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者D·F·納爾遜, E·P·揚(yáng)科斯基, G·S·史密斯, G·約翰, J·M·納加施馬, T·G·沃德 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司