[发明专利]连接组件、功率模块和板形电功率连接器

说明书

一种用于将功率半导体模块和功率部件电连接的连接组件(1)，所述连接组件包括：包括通孔(21)的板形阴连接器(20)；包括销(31)的板形阳连接器(30)，所述连接器由导电材料形成，其中，所述销的横截面沿主方向(d)延伸，并且所述通孔成形为接纳所述销，从而在所述销的沿所述主方向延伸的至少一个壁(32)与所述板形阴连接器的一个壁之间建立电接触，并且其中，所述板形阴连接器和所述板形阳连接器中的至少一者包括压力部件(40)，当所述销被接纳在所述通孔中时，所述压力部件被设置为对着所述板形阴连接器(20)在所述销上施加压力。

技术领域

本发明涉及用于连接功率半导体模块和功率部件的连接组件以及具有被设置为所述连接组件的一部分的连接器的功率半导体模块。

背景技术

混合动力车辆或插电式电动车辆在其功率传动系中包括大量的功率部件，以确保至少在车辆的电池与电动发动机之间的电流转换。

功率部件的典型应用包括功率控制单元，该功率控制单元驱动三相电动发动机并由高压电池供给电流。功率控制单元通常可以包括与三相逆变器和诸如电容器和电感器之类的能量存储部件组合的双向转换器。

功率控制单元的三相逆变器可以由功率半导体模块(例如半桥功率模块的传输模塑功率模块(TPM))制成，并集成了可由绝缘栅双极晶体管(IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)制成的半导体开关，以在有限的体积内维持高功率范围(从几十千瓦到几百千瓦不等)。

在上面讨论的应用中，功率半导体模块连接到诸如电容器和电感器之类的许多功率部件。

需要仔细设计混合动力车辆或电动车辆中的功率部件之间的连接，以承受严苛的汽车环境所带来的诸多限制。

首先，部件之间的连接需要以小体积承受高电流和高电压，以避免使用螺钉和垫圈。鉴于汽车市场竞争激烈，部件的连接器必须轻巧且便宜。

此外，功率部件之间的连接必须承受振动和热方面的严格限制。特别是，即使被连接的零件发生振动或热膨胀，也必须维持连接。最后，在上述高功率范围内操作意味着部件彼此直接连接，以减小作为杂散电感和焦耳效应损耗的源头的连接长度。

众所周知，通过焊接将包括半导体部件的功率模块连接到诸如电容器或电感器之类的功率元件，但是，这种连接会因焊料疲劳而恶化。

从文献US 2012/0164865已知另一种连接组件，其公开了压配合连接组件，该组件包括：第一连接器，其包括分叉的末端；第二连接器，其包括方形通孔，第一连接器可以插入方形通孔中；以及锥形夹子元件，其可以插入第一连接器中或第一和第二连接器之间，以便将第一和第二连接器相互压靠。

该连接组件可以在振动的情况下在维持电接触方面提供良好的结果。但是，每个连接器均显示出较低的接触表面，因此不足以传输高电流。换句话说，连接组件显示出由ρL/S定义的高电阻，其中S是接触表面，L是长度，ρ是连接组件的材料的电阻率。因此，连接组件需要大量的连接器以将功率模块与功率部件连接，并且所产生的功率模块可能很昂贵，除了连接器之外，还需要夹子元件。

本领域技术人员可以想到图1中示意性表示的一种更简单的连接组件。该连接组件1包括：板形阳连接器，其包括两个方形截面的销3；板形阴连接器，其包括两个方形截面的通孔2，每个通孔均适合接纳销。

此外，该连接组件包括一个金属夹子4，该金属夹子4被设置为通过摩擦而使销保留在阴连接器的通孔中，从而维持销与阴连接器之间的接触。一旦组装起来，另外的部件5就将连接器和夹子接纳并保持在一起。

由于金属夹子代替了锥形夹子元件，因此尽管机械振动，该连接组件仍会提供一种在维持电接触方面实现良好的性能的更简单方式。

然而，该连接组件包括大量的部件，从而增加了其制造所必需的步骤数量，并因此增加了其制造成本。此外，连接器之间的电接触表面保持很小，因此焦耳效应引起的损耗很重要。