包括电路板和功率模块的功率电子组件、用于制造功率电子组件的方法、包括功率电子组件的机动车与流程

1.本发明涉及一种功率电子组件，其包括电路板和至少一个固定在电路板上的功率模块，功率模块具有一个或多个借助于灌封料灌封的电子构件，其中，功率模块的至少一个模块联接部位借助于能导电的引脚/针脚与电路板的至少一个板联接部位电接触，其中，引脚的脚部区段固定在模块联接部位上或板联接部位上，并且引脚的与脚部区段相对的端部在装配位置中被压入为相应的另一个联接部位配设或可配设的接触开口中。此外，本发明还涉及一种用于制造功率电子组件的方法以及一种包括功率电子组件的机动车。


背景技术：

2.在功率模块在电路板(电路板例如包括与功率模块相关联的驱动电路)上的电联接部的接触方面，从现有技术中已知多种接触方案。以下描述的两种接触方案尤其是应用灌封的功率模块中。在此，灌封被理解成与借助于灌封料灌封的功率模块的电子构件、尤其是晶体管和/或电容器等相同的含义。
3.因此，在第一接触方案中规定，将功率模块的侧向伸出的且呈l形的、指向相同方向的触针钎焊到电路板上。然而，在这种选择性钎焊方面，出现很多问题。即，例如在充分的焊料通道填充(lotdurchstieg)方面出现问题，例如这导致不充分的电接触。此外，钎焊过程带来额外的制造成本，因为此时需要相应的钎焊装置等。在钎焊连接方面的另一问题是，钎焊部位典型地是系统的机械弱化部位，该弱化部位尤其是容易受到振动干扰。因此可能显著缩短系统的使用寿命。原则上，功率电子组件的钎焊部位不能承受过高的机械负载。
4.在另一接触方案中，使用所谓的压配合连接。在此，功率模块或电源模块具有侧向伸出的且呈l形的、在相同的方向上指向的触针。触针被压入电路板中或电路板的相应接触部位中，由此构成电连接。此时需要在压入时借助于相应的工具使功率模块相对于电路板定向，其中，在压入期间需要借助于合适的压入辅助部支撑引脚。为了实现引脚的支撑，引脚典型地具有侧向伸出的肩部，在压入时压入辅助部压到或作用到该肩部上。在此，肩部大多布置成与引脚的被压入接触部位中的区段直接相邻，以避免由于压紧力引起的引脚弯曲或折断。
5.在两种已经描述的接触方案中，在触针或信号针的取向方面对公差有高要求。仅仅当满足该高的公差要求时，才能实现选择性钎焊以及压入。
6.作为对已经解释的接触方案的补充，从现有技术中已知在功率电子组件中的电接触方面的其它具体方案。因此，例如从专利文献de 10 2017 212 739 a1中已知一种具有第一载体件和第二载体件的半导体构件。在半导体元件之间布置或压入的载体件实现半导体构件的壳体功能。半导体元件通过在载体件的接触面的区域中的接线与载体件电连接。为了将第一载体件与第二载体件相连接，设置借助于接触套和接触销实现的压接，该压接此外形成在两个载体件之间的电连接。
7.从专利文献ep 2 765 840 a2中，已知一种具有电路板和布置在电路板上的电结
构元件的电路组件。从结构元件的壳体中伸出的、导电的联接针借助于钎焊层与电路板的导体电路相连接。此外，电路板具有凹口，结构元件的壳体的一部分布置在该凹口中。尤其是如此选择壳体以及凹口的尺寸，使得壳体被压入凹口中。


技术实现要素：

8.本发明基于的目的在于，给出灌封的功率模块在从属的电路板上电接触的更好的方案，尤其是在简化的制造过程方面以及更好的机械性能方面。
9.在开头所述类型的功率电子组件中，该目的根据本发明通过以下方式实现，即，引脚在装配位置中直线地从模块联接部位向着板联接部位伸延并且布置成垂直于电路板面，其中，引脚支撑在由灌封料形成的并且具有模块联接部位的支座区段上。
10.本发明的想法是，借助于压配合连接优化并改进开头解释的电接触方案。由于引脚从模块联接部位向着板联接部位直线地伸延以及引脚被支座区段支撑的事实，引脚近似在模块联接部位和板联接部位之间被夹紧。此外，由于引脚一方面被压入接触开口中，另一方面尤其是借助于粘接连接或者焊接连接固定在相应的联接部位上，因此实现了稳定的、可靠的且显著提高功率电子组件的使用寿命的电接触。在功率模块在电路板上的固定方面，尤其是可设置螺纹连接或粘接连接等，由此，在功率电子组件中实现了进一步提高机械稳定性。
11.此外，引脚的直线的且相对于电路板面并进而也相对于功率模块面垂直的伸延在稍后还将详细阐述的制造方法方面实现了，借助于例如冲头如此实现压入，使得压紧力仅仅作用到功率模块的面上。因此，在将引脚压入接触开口期间(在其中典型地需要高的压入力)，在引脚之内作用的力仅仅沿着引脚的纵向传递。因此，避免了引脚的弯曲或折断，这例如在具有角度的联接针中经常出现。
12.相对于在开头解释的现有技术中的压配合接触方案，在本发明中的另一优点是，在压入期间不需要用于支撑在引脚上所需的工具或压入辅助件。在开头解释的接触方案中，仅仅通过使用相应的压入工具、例如压入辅助件才能避免引脚的弯曲，而在本发明中，由于通过引脚的直线的力传递，不再出现这种问题。因此代替地，仅仅需要在垂直于电路板面的方向上将功率模块压向电路板，由此，相应地形成压配合连接并且因此形成电接触。如已经解释的那样，为此可设想借助于例如合适的冲头将压紧力简单地仅仅施加到功率模块的面上。
13.本发明的另一优点在于，为了形成电接触，甚至完全不再需要钎焊连接，由此，因此消除了结合这种接触方案所阐述的所有问题。相反在压入过程中典型地产生大的摩擦，使得在引脚和压入套之间发生均匀的冷焊，这稍后还将详细阐述。与钎焊连接相比，这种接触方案具有显著更高的机械稳定性以及较低的接触电阻。
14.功率模块和/或电路板也可具有多个联接部位，这些联接部位借助于多个引脚相互接触。在此，适宜地在同一压入过程期间同时构成这些压配合连接。
15.在借助于灌封料灌封功率模块的电子构件方面，灌封料可为合适的塑料。为此，可考虑由聚酰胺和/或聚氨酯和/或环氧树脂制成的塑料。借助于灌封料蒙覆或封装电子构件，例如晶体管、二极管、电容器等，由此，保护电子构件不受不期望的外部因素、例如机械负载或者湿气等的影响。因此，不再一定需要功率模块的附加的壳体。
16.在一种优选的实施方式中，支座区段构造成侧向伸出的突出部。因此，功率模块可构造成具有相应的伸出部的、基本上方形的或板形的构件。引脚可近似夹紧在突出部的面对电路板的一侧与电路板面之间，其中，引脚此外借助于在一联接部位上的紧固以及借助于在相应另一联接部位上的压配合连接固定。在此，由支座区段施加的夹紧力引起相应由电路板作用的反力/对抗力。由于不仅电路板的基质而且形成支座区段的填料分别典型地是一件式的固体，因此保证了在此参与的部件的机械稳定性以及强度足以用于可靠地固定引脚。
17.模块联接部位可为布置在功率模块的印刷电路板上的接触面，其中，该印刷电路板被灌封到的灌封料中，而在模块联接部位的区域中被留空。优选地，功率模块的印刷电路板具有施加在基质上的铜面，铜面形成模块联接部位，其中，在灌封功率模块的电子构件和印刷电路板时，相应地使该铜面留空。此外优选地，印刷电路板载有并且接触功率模块的电子构件。
18.接触开口可为板联接部位的开口。板联接部位例如是布置在电路板的表面上的面式的联接部位，尤其是电路板的导体电路。优选地，板联接部位是由铜或者其它合适的金属或电导体形成的层。
19.在另一实施方式中，接触开口是模块联接部位的开口。虽然——如已经解释的那样——模块联接部位可为布置在功率模块的印刷电路板上的接触面，模块联接部位原则上完全可为在外侧布置在灌封料上的接触部位，例如铜层等。
20.可设想的是，接触开口不仅是板联接部位的开口而且也是模块联接部位的开口，于是可以实现在两侧压紧。
21.接触开口可设置成在板联接部位或模块联接部位的区域中的孔。接触开口可延伸到电路板或印刷电路板的基质中。如果接触开口在模块联接部位的区域中，则必要时接触开口甚至可延伸到灌封料中。优选地，在接触开口中插入并紧固压入套，压入套在引脚被压入时变形或扩张，其中，此时实现压配合连接。
22.在引脚的具体的几何形状方面，可规定，引脚的脚部区段布置成与引脚的从模块联接部位延伸到板联接部位的区段成角度，即优选地成直角。换句话说，引脚构造成l形。由此，一方面实现脚部区段在相应的联接部位上的稳定固定，另一方面实现引脚垂直于电路板面的伸延。在引脚的与脚部区段相对的端部上，引脚在引脚与压入套形成压配合连接的区域中变宽，其中，引脚可以向着其顶端的方向再次变细。由此，实现了无问题地将引脚插入压入套中。备选地，引脚在其与脚部区段相对的端部上也可仅仅构造成柱形的。
23.此外，本发明涉及一种用于制造功率电子组件的方法，其中，使用电路板和至少一个功率模块，功率模块具有一个或多个借助于灌封料灌封的电子构件，其中，将能导电的引脚的脚部区段紧固在功率模块的模块联接部位上或者紧固在电路板的板联接部位上，其中，随后使功率模块向着电路板的方向运动，或者反过来使电路板向着功率模块的方向运动，此时将引脚的与脚部区段相对的端部压入为相应另一个联接部位配设的或可配设的接触开口中，由此实现联接部位的电接触，其中，直线地从模块联接部位向板联接部位伸延的且垂直于电路板面布置的引脚支撑在由灌封料形成的并且具有模块联接部位的支座区段上。
24.所有结合根据本发明的功率电子组件阐述的特征以及优点可用于根据本发明的
方法，并且反之亦然。
25.在开头所述类型的功率电子组件中，本发明提出的目的还通过以下方式实现，即，引脚的与脚部区段相对的端部是直线的且平行于电路板面伸延的端部区段，其中，接触开口布置在侧向地从电路板或功率模块中伸出的接触组件上。
26.因此，功率电子组件基于的想法是，为了形成压配合连接，确切地说为了将引脚压入接触开口中，功率模块并不垂直于电路板运动，而是平行于电路板运动。在此处实现的压配合连接的情况下，仅仅需要功率模块相对于电路板侧向运动来压入，此时由于实现了压配合连接，如以上解释的，因而也不需要复杂的压入工具或辅助件。在此，也克服了以上结合钎焊连接所述的缺点。
27.引脚尤其是可侧向地从功率模块中伸出并且在其进一步的走向中多次弯折。尤其是，引脚可具有弯折的u形形状。引脚的侧向伸出之所以是尤其适宜的，是因为通过灌封模具、尤其是通过相应的铸模已经为灌封料预设了侧向伸出部作为引脚的优选的方向。此时，引脚可延伸到灌封料的内部中，其中，模块联接部位和引脚的脚部区段布置在功率模块或灌封料之内。
28.此外，在该功率电子组件中，借助于侧向地、尤其是直接地作用到引脚上的冲头实现了引脚到接触开口中的压入。当在功率模块的远离电路板的一侧上布置其它构件(这些构件使从该方向上难以被压入或者可能甚至不能被压入)时，这是适宜的。
29.在一种优选的实施方式中，接触组件构造成板形的或方形的。接触组件可固定在模块联接部位上或者板联接部位上，例如借助于能导电的粘合剂等。接触开口可为平行于电路板面伸延的、在接触组件中的孔。优选地，在接触开口中此外设置压入套，在压入引脚时，压入套相应地变形以形成电接触。
30.此外，本发明涉及一种用于制造功率电子组件的方法，其中，使用电路板和具有一个或多个借助于灌封料灌封的电子构件的至少一个功率模块，其中，将能导电的引脚的脚部区段紧固在功率模块的模块联接部位上或者紧固在电路板的板联接部位上，随后，使功率模块沿着电路板面运动或者反过来使电路板面沿着功率模块运动，此时将引脚的远离脚部区段的、直线的且相对于电路板面平行伸延的端部区段压入为相应另一个联接部位配设的或可配设的接触开口中，该接触开口布置在侧向地从电路板或从功率模块中伸出的接触组件上，其中，由此实现联接部位的电接触。
31.在此，所有结合根据本发明的功率电子组件所阐述的特征以及优点也可用于根据本发明的方法，并且反之亦然。
32.此外，本发明涉及一种机动车，机动车包括根据以上描述的功率电子组件。功率电子组件优选地设置成用于由机动车的蓄能器提供的直流电压的反向换流。在此，机动车优选地为电动车或混合动力车。所有结合根据本发明的功率电子组件所阐述的特征以及优点也可转移到根据本发明的机动车上。
33.所有结合根据本发明的功率电子组件或根据本发明的方法所阐述的特征以及优点也可转移到根据本发明的机动车上。
附图说明
34.从以下描述的实施例以及附图中得到本发明的其它优点和细节。其中示意性地：
35.图1示出了根据本发明的功率电子组件的第一实施例的原理图，
36.图2示出了根据本发明的功率电子组件的第二实施例的原理图，以及
37.图3示出了根据本发明的功率电子组件的第三实施例的原理图。
具体实施方式
38.图1示出了根据本发明的功率电子组件1的第一实施例，功率电子组件1具有电路板2和紧固在电路板2上的功率模块3。功率模块3具有多个电子构件4，电子构件借助于灌封料5被灌封并且因此封装在灌封料5中，确切地说被灌封料蒙覆。电子构件4例如为晶体管、电容器和其它为了实现功率模块3所需的、相应地彼此接线的组件。电路板2包括在此未详细示出的用于功率模块3的驱动电路。功率电子组件1是机动车的——尤其是控制装置的——电路组件的一部分，该电路组件用于对由机动车的蓄能器提供的直流电压进行反向换流。
39.功率模块3的模块联接部位6与电路板2的板联接部位7电接触。该电接触借助于能导电的引脚8的压配合连接实现，引脚例如具有l形的几何形状和0.8mm的直径。引脚8的脚部区段9在此紧固在板联接部位7上，例如借助于能导电的粘合剂或者焊接。
40.与引脚8的脚部区段9相对的端部10在图1中示出的装配位置中被压入为模块联接部位6配设的接触开口11中。为了该目的，在接触开口11的区域中嵌入压入套12，在压入时压入套扩张或变形，因此与模块联接部位6电接触。引脚8的在与脚部区段9相对的端部10例如首先是变宽的并且向着其顶端变细。备选地，引脚的端部10也可仅仅构造成柱形的。
41.如可从图1中看出的那样，引脚8在装配位置中直线地从模块联接部位6向着板联接部位7伸延，并且此时布置成垂直于电路板2的面，因此也垂直于功率模块面。引脚8支撑在由灌封料5形成的并且具有模块联接部位6的支座区段13上。因此，引脚8不仅仅借助于在板联接部位7上的紧固和在模块联接部位6上的压配合连接而固定在其位置中，而且引脚还被夹紧在模块联接部位6、确切地说支座区段13与板联接部位7、确切地说电路板7之间。由此，在联接部位6、7之间实现机械稳定的电接触。
42.虽然在图1中以及也在所有其它实施例中分别仅仅设置唯一的引脚8，也可设置用于接触多个联接部位6、7的多个引脚8，其中，同时压入这些引脚8是适宜的。
43.与从现有技术中已知的方案相比，通过功率电子组件1给出用于电路板2与功率模块3电接触的改善的可能性。
44.因此，例如克服了典型地在钎焊连接过程中出现的缺点。这尤其是涉及到节省了通过钎焊过程产生的制造成本，并且避免了通过钎焊连接产生的机械弱化部位和可能的焊料通道填充不充分。与从现有技术中已知的压配合方案相比，功率电子组件1也具有优点。因此，为此在现有技术中典型地需要特殊的或复杂的压入工具或辅助件，但是在装配根据本发明的功率电子组件时不需要压入工具或辅助件。参考图1，借助于通过压制工具、例如冲头等从下方作用到功率模块3的灌封料5上的力，实现将引脚8压入压紧套12中。通过引脚8在模块联接部位6和板联接部位7之间直线地伸延并且还被支座区段13支撑，在压入期间在引脚8之内仅仅在纵向上传递力。由此，避免了引脚8的不期望的折断或弯曲。
45.例如基于聚酰胺等的相应合适的塑料被设置为灌封料5。通过功率模块3的电子构件4被灌封料5蒙覆或封装，保护电子构件不受外部不利因素的影响，例如不受机械负载或
湿气等的影响。相应地，在功率模块3中不需要独立的壳体。
46.板联接部位7例如是施加在电路板2的基质表面上的铜层。板联接部位7可为施加在电路板2的基质上的导体迹线的一部分。
47.模块联接部位6是布置在功率模块3的印刷电路板14上的接触面。具体地，模块联接部位6构造成施加在印刷电路板14的基质的表面上的铜层。被灌封在灌封料5中的印刷电路板14承载并且还接触功率模块的电子构件4，其中，在模块联接部位6的区域中没有灌封料5。其结果是，模块联接部位6对外裸露。
48.如同样可从图1中看出的那样，支座区段13构造成侧向伸出的突出部15。突出部15具有足够大的厚度或强度，以便能够承受引脚8的夹紧力。然而，突出部15的特别的优点是，突出部保证了在压入过程期间可靠地支撑引脚8。在支座区段13的区域中，设置成孔的接触开口11穿过模块联接部位6、印刷电路板14的基质和布置在印刷电路板下方的灌封料5的材料。
49.图2示出了根据本发明的功率电子组件的第二实施例，其中，为相同的构件使用相同的附图标记。相对于在图1中示出的功率电子组件1的实施例，在图2中示出的功率电子组件1的区别在于，引脚8的脚部区段9不是固定在板联接部位7上，而是代替地固定在模块联接部位6上。因此，引脚8的与脚部区段9相对的端部10在图2中示出的装配位置中被压入为板联接部位7配设的接触开口11中。与板联接部位7电接触的压入套12被嵌入穿过板联接部位7和电路板2的基质的孔中。此外，结合图1阐述的功率电子组件1的特征同样适用于图2中的功率电子组件1。
50.接下来，描述用于制造在图1和图2中示出的功率电子组件1的实施例的方法。首先，将引脚8的脚部区段9紧固在联接部位6、7上。为了该目的，可使用能导电的粘合剂或者焊接连接。必要时，也可为多个联接部位6、7分别装备引脚8。紧接着，使功率模块3向着电路板2运动，其中，引脚8在其与脚部区段9相对的端部10上被压入分别为另一个联接部位7、6配设的接触开口11中、确切地说是布置在接触开口11中的压入套12中。此时，如此使压入套12变形，使得由此在模块联接部位6和板联接部位7之间形成稳定的电接触。尤其是，可借助于冲头进行该压入过程，参照在图1和图2中示出的布置方案，冲头从下方向着功率模块3移动。由于引脚8此时直线地从模块联接部位6向着板联接部位7伸延并且垂直于电路板面布置，并且还支撑在由灌封料5形成的且具有模块联接部位6的支座区段13上，压紧力在引脚8的纵向上作用，由此避免了引脚8在压入期间弯曲或折断。一旦功率模块13到达最终装配位置中，就借助于螺纹连接或粘接连接将功率模块紧固在电路板2上。
51.图3示出了根据本发明的功率电子组件1的第三实施例，其中，为相同的构件使用相同的附图标记。原则上，结合图1和图2示出的实施例锁阐述的特征同样适用于在图3中示出的功率电子组件1。然而区别在于，在图3中的功率电子组件1中，引脚8的与脚部区段9相对的端部16是直线形的且平行于电路板面伸延的端部区段，其中，接触开口11布置在侧向地从电路板2或功率模块3中伸出的接触组件17上。
52.与在图1和图2中示出的实施例相反地，例如弯折的且u形的引脚8在图3中侧向地从功率模块3的灌封料5中伸出。模块联接部位6是布置在功率模块3的印刷电路板14上的接触面，该接触面布置在功率模块3之内并且被灌封料5封装。引脚8的脚部区段9同样布置在功率模块3之内并且在此处固定在模块联接部位6上。同样可设想，如在图1和图2中示出的
实施例那样，在模块联接部位6的区域中省去灌封料5并且使模块联接部位6裸露。
53.接触组件17是板形的或方形的构件，该构件是能导电的并且例如借助于能导电的粘合剂或焊接等方式紧固在板联接部位7上，由此与板联接部位电接触。接触开口11是平行于电路板面伸延的、在接触组件17中的孔。压入辅助件12被嵌入接触开口11中。在图3中示出的实施例中，可通过以下方式实现引脚8、确切地说引脚8的与脚部区段9相对的端部16的压入，即，使功率模块3相对于电路板2从右向左运动。
54.接下来描述用于制造图3中的功率电子组件1的方法。首先，将引脚8的脚部区段9紧固在模块联接部位6上，在图3中模块联接部位在功率模块3内部。典型地，这在利用灌封料5灌封功率模块3之前进行。紧接着，使功率模块3沿着电路板面运动，其中，将引脚8的远离脚部区段9的、直线形的且相对于电路板面平行地伸延的端部区段16压入为板联接部位7配设的接触开口11中。在此，接触开口11布置在侧向地从电路板2中伸出的接触组件17中。通过压入套12在压入期间发生的变形，在模块联接部位6与板联接部位7之间形成电接触。一旦功率模块3到达最终的装配位置中，就借助于螺栓或粘接连接将功率模块紧固在电路板2上。
55.在图3中示出的实施例中也可设想，接触组件17侧向地布置在模块联接部位6上。在这种情况中，将接触开口配设给模块联接部位6，其中，引脚8的脚部区段9紧固在板联接部位7上。