DE102013212263A1 - Elektrische Schaltungsanordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung (1C) mit einer Leiterplatte (3), mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelementen (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3), welche auf einer Oberseite der Leiterplatte (3) angeordnet sind, und einer ersten und zweiten Stromschiene (20, 30), welche parallel zueinander auf einer Unterseite der Leiterplatte (3) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelemente (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3) jeweils über eine Anschlusselektrode mit einem Kontaktelement (22, 32) thermisch und elektrisch kontaktiert sind, welches durch eine Öffnung (5) in der Leiterplatte (3) geführt und thermisch und elektrisch mit einer Stromschiene (20, 30) kontaktiert ist. Erfindungsgemäß sind jeweils zwei Leistungshalbleiterbauelemente (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3) zu einem Halbbrückenmodul (HB1, HB2, HB3) mit zwei Versorgungsanschlüssen (+, –) und einem gemeinsamen Brückenanschluss (P1, P2, P3) verschaltet, wobei ein erster Versorgungsanschluss (+) des Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) mit der ersten Stromschiene (20) und ein zweiter Versorgungsanschluss (–) des Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) mit der zweiten Stromschiene (30, 30.1, 30.2, 30.3) kontaktiert sind, wobei der gemeinsame Brückenanschluss (P1, P2, P3) des Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) direkt mit einem Kontaktelement (42) thermisch und elektrisch kontaktiert ist, welches durch eine Öffnung (5) in der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) geführt und thermisch und elektrisch mit einer zusätzlichen Stromschiene (40A1, 40A2, 40A3) kontaktiert ist, welche senkrecht zur ersten und zweiten Stromschiene (20, 30, 30.1, 30.2, 30.3) auf der Unterseite der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordnet ist und eine korrespondierende Phase für einen nachfolgenden elektrischen Verbraucher zur Verfügung stellt.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Schaltungsanordnung nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Für Anwendungen in der Leistungselektronik werden häufig Topologien wie H, H5, B2, B6, M2, M6, 3H usw. eingesetzt. Damit können Elektromotoren elektronisch kommutiert, Energiewandler wie DC/DC-Wandler, Solarinverter oder Windkraftanlagen betrieben oder Energie in Akkumulatoren gespeichert werden. Diese elektrischen Schaltungsanordnungen werden häufig in diskreter Bauweise auf Leiterplatten gelötet oder als bedrahtete Bauelemente auf Stanzgitter gelötet, geschweißt oder durch Schneidklemmverbindungen verbunden. Eine weitere Ausbaustufe sieht vor, industriefertige Module, wie Rahmenmodule oder Moldmodule einzusetzen. Damit sinkt der Verdrahtungsaufwand. Ebenfalls bekannt sind Schaltungen auf IMS (Insulated Metal Substrate), Keramik oder DBC (Direct Bonded Copper; auch DCB genannt). Für höhere Leistungen können wegen Verlustleistung, zusätzlichem Widerstand und Entwärmung jedoch keine gewöhnlichen Leiterplatten eingesetzt werden. Deshalb werden dort auch häufig kostenintensive Hochleitungsleiterplatten verwendet, bei welchen dickere Schichten von Kupfer in Innenlagen oder Außenlagen verbaut sind bzw. Inlay-Technik, Wirelaid-Technik, aufgelötete Drähte oder weitere Verstärkungen vorhanden sind.
  • In der EP 2 043 412 B1 wird beispielsweise eine elektrische Steuereinheit offenbar, welche eine Leiterplatte mit mindestens einer Bohrung und mindestens eine plane Stromschiene mit zapfenförmigen Ausprägungen umfasst. Die Leiterplatte und die Stromschiene sind so miteinander gefügt, dass eine Vorfixierung für die weitere Verarbeitung vorliegt. Die Zapfen der Stromschiene werden dabei so tief in die Bohrungen in der Leiterplatte eingedrückt, dass die Oberseite der Zapfen bündig mit der Leiterplattenoberfläche – d.h. mit einer Kupferschicht auf der Leiterplatte – abschließt. Die Stromschiene liegt dabei flach an der Unterseite der Leiterplatte an und trägt nur wenige Millimeter auf. Die so entstandene Unterbaugruppe ist derartig ausgeführt, dass sie wie eine normale Leiterplatte in einer Standard-SMD-Fertigungslinie weiterverarbeitet werden kann. Auf der Oberseite der Leiterplatte ist mindestens ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet. Die Leistungshalbleiterbauelemente werden zusammen mit anderen SMD-Bauteilen auf der Leiterplatte positioniert und verlötet. Sie liegen damit sowohl auf der Kupferschicht der Leiterplatte als auch auf der Oberseite der Zapfen auf. Es entsteht eine flächige Kontaktierung zwischen der Unterseite des Halbleiterschalters und der Oberseite des Zapfens der Stromschiene, wobei das flüssige Lötzinn die Hohlräume zwischen Leistungshalbleiterbauelement, Zapfen und Leiterplatte ausfüllt. Damit wird eine thermische und elektrische Verbindung zwischen Leistungshalbleiterbauelement und Stromschiene erreicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung und Entwärmung der Leistungshalbleiterbauelemente erfolgt, so dass die üblichen Ansteuerungen von Elektromotoren, Invertern und Wandlern kostengünstig implementiert werden können. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen, dass 1 bis n Halbbrückenmodule auf eine Oberseite einer Leiterplatte aufgebracht und über zwei parallel an der Unterseite der Leiterplatte angeordnete Stromschienen versorgt werden können. Für jedes Halbbrückenmodul ist eine zusätzliche Stromschiene an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet, welche senkrecht zu den beiden parallelen Versorgungsstromschienen verlaufen. Die verwendeten Stromschienen sind vorzugsweise als dreidimensional geformte Busbars ausgeführt und entflochten. Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung erhöhen in vorteilhafter Weise die Anzahl von Gleichteilen. So können beispielsweise die beiden Stromversorgungsschienen als Gleichteile und die die zusätzlichen Stromschienen als Gleichteile ausgeführt werden. Die zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und den Stromschienen eingefügte Leiterplatte dient zur kurzen niederohmigen elektrischen Verbindung und als Träger für die weitere Steuerelektronik. Die kurzen Verbindungen können aber auch durch bedrahtete Halbleiter dargestellt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung ist, dass aufbauend auf einem Halbbrückenmodul kostengünstig verschiedene Topologien mit einer beliebigen Anzahl von Halbbrückenmodulen und guter elektrischer Leitfähigkeit und gleichzeitiger Entwärmung dargestellt werden können.
  • In eine gelochte Leiterplatte werden Stromschienen in Untertoleranz kraftfrei als Gleichteile eingebracht und fixiert. Durch die Montage ergibt sich auf der Unterseite eine toleranzarme glatte Oberfläche. Nach Aushärtung werden dann diese Halbzeuge gedreht und mit elektronischen Bauelementen und Leistungshalbleiterbauelementen bestückt und durch elektrisches Kleben oder Lötprozesse miteinander verbunden. Entsprechend der vorgegebenen Topologie und dem Einbauraum werden unterschiedliche Stromschienengeometrien und eine an die Topologie angepasste Anzahl von Stromschienen eingesetzt. Üblicherweise liegt ein Drainanschluss eines Leistungshalbleiterbauelements an der Packageunterseite und ein Sourceanschluss ist über ein oder mehrere Pins aus dem Leistungshalbleiterbauelement geführt. Die Ansteuerung erfolgt über einen Gateanschluss, welche meist neben dem Sourceanschluss angeordnet ist. Daher wird der Drainanschluss direkt auf ein Kontaktelement der Stromschiene aufgebracht, während der Sourceanschluss über bedrahtete Verbindungen oder Kontaktbereiche auf der Leiterplatte geführt wird. Da der Drainanschluss direkt auf dem Kontaktelement bzw. über einen gefüllten Lotspalt aufliegt, herrscht eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, welche um Größenordnungen besser ist als bei Entwärmung durch Via-Arrays, Wärmeleitpaste oder Slug-up-Kühlung. Gleichfalls kann ein Strom über den gemeinsamen Brückenanschluss und die korrespondierende zusätzliche Stromschiene elektrisch nach außen geführt werden. Dadurch sind auch veränderliche oder schnelle Wandlerkonzepte wie PWM, PAM usw. möglich. In vorteilhafter Weise ist die Bestückung der Leiterplatte ist skalierbar und kann mit den Packages DPAK, D2PAK oder andern SMD-Gehäuseformen erfolgen, einschließlich den bedrahteten TO-220, TO-247 usw. Bei Draht besteht der Vorteil, dass der Strom nicht über Leiterbahnen auf der Leiterplatte, sondern durch dickere Drähte geführt wird. Zur Stromerhöhung können auch zwei oder mehrere Bauelemente parallel geschaltet werden.
  • An Verbindungstechnik zur Umwelt stehen für alle Ausführungsformen der vorliegenden erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung die bekannten Technologien wie Schraublöcher, eingepresste Schrauben, Schweißen, Schneidklemmverbindungen und Einpresstechnik zur Verfügung. Selbstverständlich lassen sich auch Bauformen mit anderer Polarität oder Halbleiteranordnung darstellen. Ohne weitere Maßnahmen bestehen Ausführungsformen der elektrischen Schaltungsanordnung aus einer bestückten Leiterplatte mit einer einlagigen oder mehrlagigen Stromschienenanordnung, wobei die Stromschienen nicht isoliert sind. Diese elektrischen Schaltungsanordnungen können dann in eine geschützte Umgebung, wie Waschmaschinen, Sicherungsboxen, Schaltboxen, Relaisboxen, Bodycomputern, Domain Leistungsendstufen, Elektromotoren, Starter, Generatoren oder Ebike Powerpacks eingebaut werden. Durch Umspritzen oder Potting können isolierte Schaltungen hergestellt werden. Diesen könne dann eigenständig in Maschinen oder Fahrzeuge verbaut werden.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine elektrische Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte, mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelementen, welche auf einer Oberseite der Leiterplatte angeordnet sind, und einer ersten und zweiten Stromschiene zur Verfügung, welche parallel zueinander auf einer Unterseite der Leiterplatte angeordnet sind. Die mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelemente sind jeweils über eine Anschlusselektrode mit einem Kontaktelement thermisch und elektrisch kontaktiert, welches durch eine Öffnung in der Leiterplatte geführt und thermisch und elektrisch mit einer Stromschiene kontaktiert ist. Erfindungsgemäß sind jeweils zwei Leistungshalbleiterbauelemente zu einem Halbbrückenmodul mit zwei Versorgungsanschlüssen und einem gemeinsamen Brückenanschluss verschaltet, wobei ein erster Versorgungsanschluss des Halbbrückenmoduls mit der ersten Stromschiene und ein zweiter Versorgungsanschluss des Halbbrückenmoduls mit der zweiten Stromschiene kontaktiert sind. Der gemeinsame Brückenanschluss des Halbbrückenmoduls ist direkt mit einem Kontaktelement thermisch und elektrisch kontaktiert, welches durch eine Öffnung in der Leiterplatte geführt und thermisch und elektrisch mit einer zusätzlichen Stromschiene kontaktiert ist, welche senkrecht zur ersten und zweiten Stromschiene auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnet ist und eine korrespondierende Phase für einen nachfolgenden elektrischen Verbraucher zur Verfügung stellt.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen elektrischen Schaltungsanordnung möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass mindestens zwei Halbbrückenmodule auf der Leiterplatte angeordnet werden können, wobei die Anzahl der zusätzlichen Stromschienen der Anzahl der Halbbrückenmodule entspricht. Hierbei sind die Halbbrückenmodule vorzugsweise so auf der Leiterplatte angeordnet, dass die zusätzlichen Stromschienen ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können die Kontaktelemente einen Zapfen aufweisen, welcher in die korrespondierende Öffnung in der Leiterplatte hineinragt, so dass eine Oberseite des Zapfens mit einem auf der Oberseite der Leiterplatte angeordneten Kontaktbereich bündig abschließt. Zudem können die Öffnungen in der Leiterplatte als Durchkontaktierungen ausgeführt und mit dem auf der Oberseite der Leiterplatte angeordneten Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden werden. Vorzugsweise ist eine Unterseite des jeweiligen Leistungshalbleiterbauelements mit der Oberseite des korrespondierenden Kontaktelements thermisch und elektrisch kontaktiert, wobei das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement auf der Oberseite des korrespondierenden Kontaktelements und dem korrespondierenden Kontaktbereich aufliegt. Dadurch können auf einfache Weise besonders gute elektrische und thermische Kontaktierungen zwischen den Leistungshalbleiterbauelementen und den Stromschienen hergestellt werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen kann ein Drainanschluss eines ersten Leistungshalbleiterbauelements des jeweiligen Halbbrückenmoduls als Brückenanschluss ausgeführt und mit dem Kontaktelement der korrespondierenden zusätzlichen Stromschiene direkt thermisch und elektrisch kontaktiert werden. Ein korrespondierender Sourceanschluss des ersten Leistungshalbleiterbauelements des jeweiligen Halbbrückenmoduls kann mit einem als zweiter Versorgungsanschluss des Halbbrückenmoduls ausgeführtem Kontaktelement der zweiten Stromschiene elektrisch kontaktiert werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann ein Drainanschluss eines zweiten Leistungshalbleiterbauelements des jeweiligen Halbbrückenmoduls als erster Versorgungsanschluss ausgeführt und mit dem Kontaktelement der ersten Stromschiene direkt thermisch und elektrisch kontaktiert werden. Ein korrespondierender Sourceanschluss des zweiten Leistungshalbleiterbauelements des jeweiligen Halbbrückenmoduls kann mit einem auf der Oberseite der Leiterplatte angeordneten Kontaktbereich elektrisch kontaktiert werden, welcher mit dem Brückenanschluss elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können die Stromschienen in Abhängigkeit vom Einbauraum in einer gemeinsamen Ebene oder in mehreren Ebenen angeordnet werden. Ist beispielsweise die Einbauhöhe begrenzt, dann kann eine flache Ausführung der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung gewählt werden, bei welcher alle Stromschienen in einer Ebene bzw. Lage angeordnet sind. Wenn die Einbaufläche begrenzt ist, können alternativ die erste Stromschiene und die mindestens eine zusätzliche Stromschiene in einer gemeinsamen Ebene bzw. Lage und die zweite Stromschiene kann in einer weiteren Ebene bzw. Lage angeordnet werden. Als weitere Alternative können die zweite Stromschiene und die mindestens eine zusätzliche Stromschiene in einer gemeinsamen Ebene bzw. Lage und die erste Stromschiene kann in einer weiteren Ebene bzw. Lage angeordnet werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung mit einem Halbbrückenmodul.
  • 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung aus 1.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung mit zwei Halbbrückenmodulen.
  • 4 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung aus 3.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Anordnung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung mit drei Halbbrückenmodulen.
  • 6 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung aus 5.
  • 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie VII-VII in 1, 3 und 5.
  • 8 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der Komponenten des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung aus 1.
  • 9 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Anordnung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung mit einem Halbbrückenmodul.
  • 10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie X-X in 9.
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Anordnung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung mit einem Halbbrückenmodul.
  • 12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie XII-XII in 11.
  • 13 zeigt eine schematische Darstellung einer mechanischen Anordnung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung mit einem Halbbrückenmodul.
  • 14 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie XIV-XIV in 13.
  • 15 zeigt eine perspektivische mechanische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung mit drei Halbbrückenmodulen.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 bis 15 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A, 1B, 1C, 1A.1, 1A.2, 1A.3 jeweils eine Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3, mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3, welche auf einer Oberseite der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 angeordnet sind, und eine erste und zweite Stromschiene 20, 30, 30.1, 30.2, 30.3, welche parallel zueinander auf einer Unterseite der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 angeordnet sind. Die mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 sind jeweils über eine Anschlusselektrode D, S mit einem Kontaktelement 22, 32 thermisch und elektrisch kontaktiert, welches durch eine Öffnung 5 in der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 geführt und thermisch und elektrisch mit einer Stromschiene 20, 30, 30.1, 30.2, 30.3 kontaktiert ist. Erfindungsgemäß sind jeweils zwei Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 zu einem Halbbrückenmodul HB1, HB2, HB3 mit zwei Versorgungsanschlüssen (+), (–) und einem gemeinsamen Brückenanschluss P1, P2, P3 verschaltet. Ein erster Versorgungsanschluss (+) des Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ist mit der ersten Stromschiene 20 kontaktiert und ein zweiter Versorgungsanschlüsse (–) des Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ist mit der zweiten Stromschiene 30, 30.1, 30.2, 30.3 kontaktiert. Der gemeinsame Brückenanschluss P1, P2, P3 des Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ist direkt mit einem Kontaktelement 42 thermisch und elektrisch kontaktiert, welches durch eine Öffnung 5 in der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 geführt und thermisch und elektrisch mit einer zusätzlichen Stromschiene 40A1, 40A2, 40A3 kontaktiert ist, welche senkrecht zur ersten und zweiten Stromschiene 20, 30, 30.1, 30.2, 30.3 auf der Unterseite der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 angeordnet ist und eine korrespondierende Phase für einen nachfolgenden elektrischen Verbraucher zur Verfügung stellt.
  • Wie aus den dargestellten mechanischen Anordnungen der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnungen 1A, 1B, 1C, 1A.1, 1A.2, 1A.3 ersichtlich ist, weisen die Kontaktelemente 22, 32, 42 bei den dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnungen 1A, 1B, 1C, 1A.1, 1A.2, 1A.3 jeweils einen Zapfen auf, welcher in die korrespondierende Öffnung 5 in der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 hineinragt, so dass eine Oberseite des Zapfens mit einem auf der Oberseite der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 angeordneten Kontaktbereich 7 bündig abschließt. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Öffnungen 5 in der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 jeweils als Durchkontaktierungen ausgeführt und mit dem auf der Oberseite der Leiterplatte angeordneten Kontaktbereich 7 elektrisch leitend verbunden.
  • Wie aus den Schnittdarstellungen gemäß 7, 10, 12 und 14 weiter ersichtlich ist, ist eine Unterseite des jeweiligen Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 mit der Oberseite des korrespondierenden Kontaktelements 22, 42 thermisch und elektrisch kontaktiert, wobei das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 auf der Oberseite des korrespondierenden Kontaktelements 22, 42 und dem korrespondierenden Kontaktbereich 7 aufliegt. Die Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3 werden zusammen mit anderen Bauteilen auf der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 positioniert und verlötet. Sie liegen damit sowohl auf der dem Kontaktbereich 7 der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 als auch auf der Oberseite der Zapfen auf. Es entsteht eine flächige Kontaktierung zwischen der Unterseite des Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 und der Oberseite des Zapfens der Stromschienen 20, 40A1, 40A2, 40A3, wobei das flüssige Lötzinn die Hohlräume zwischen dem Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3, dem Zapfen und der Durchkontaktierung in der Öffnung 5 der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 ausfüllt. Damit wird eine thermische und elektrische Verbindung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 und der korrespondierenden Stromschiene 20, 40A1, 40A2, 40A3 erreicht.
  • Üblicherweise liegt der Drainanschluss D eines Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 an der Packageunterseite und der Sourceanschluss S ist über ein oder mehrere Anschlusspins aus dem Leistungshalbleiterbauelement 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 geführt. Die Ansteuerung erfolgt über einen Gateanschluss G, welcher meist neben dem Sourceanschluss S angeordnet ist. Daher ist der Drainanschluss D direkt auf das Kontaktelement 22, 42 der jeweiligen Stromschiene 20, 40A1, 40A2, 40A3 aufgebracht, während der Sourceanschluss S über bedrahtete Verbindungen oder Leiterbahnen auf der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 geführt ist. Da die Drainanschlüsse D der Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 direkt auf den Kontaktelementen 22, 42 der Stromschienen 20, 40A1, 40A2, 40A3, ggf. über gefüllte Lotspalte aufliegen, herrscht eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit. Gleichfalls kann der Strom elektrisch nach außen geführt werden. Dadurch sind auch veränderliche oder schnelle Wandler-Konzepte wie PWM, PAM, usw. möglich. Die Bestückung ist skalierbar und kann mit den Packages DPAK, D2PAK oder andern SMD-Gehäuseformen erfolgen, einschließlich den bedrahteten TO-220, TO-247 usw. Bei Draht besteht der Vorteil, dass der Strom nicht über Leiterbahnen auf der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3, sondern durch dickere Drähte geführt wird. Zur Stromerhöhung können auch zwei oder mehrere Bauelemente parallel geschaltet werden.
  • Wie aus 1 bis 15 weiter ersichtlich ist, ist ein Drainanschluss D eines ersten Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10A2, 10A3 des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 als Brückenanschluss P1, P2, P3 ausgeführt und mit dem Kontaktelement 42 der korrespondierenden zusätzlichen Stromschiene 40A1, 40A2, 40A3 direkt thermisch und elektrisch kontaktiert. Ein Sourceanschluss S des ersten Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10A2, 10A3 des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ist mit einem als zweiter Versorgungsanschluss (–) des Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ausgeführtem Kontaktelement 32 der zweiten Stromschiene 30, 30.1, 30.2, 30.3 elektrisch kontaktiert. Ein Drainanschluss D eines zweiten Leistungshalbleiterbauelements 10B1, 10B2, 10B3 des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ist als erster Versorgungsanschluss (+) ausgeführt und mit dem Kontaktelement 22 der ersten Stromschiene 22 direkt thermisch und elektrisch kontaktiert. Ein Sourceanschluss S des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 10B1, 10B2, 10B3 des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ist mit einem auf der Oberseite der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 angeordneten Kontaktbereich 7 elektrisch kontaktiert, welcher mit dem Brückenanschluss P1, P2, P3 elektrisch und mechanisch verbunden ist. Zudem sind die beiden Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3 der einzelnen Halbbrückenmodule HB1, HB2, HB3 in einer gemeinsamen Ebene im rechten Winkel so zueinander angeordnet, dass die Sourceanschlüsse S der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente 10B1, 10B2, 10B3 in Richtung des zugehörigen ersten Leistungshalbleiterbauelements 40A1, 40A2, 40A3 ausgerichtet sind. Dadurch kann die elektrische Verbindung zwischen den Sourceanschlüssen S der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente 10B1, 10B2, 10B3 und den Drainanschlüssen D der zugehörigen ersten Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10A2, 10A3 in Form einer Drahtbrücke oder einer Leiterbahn in vorteilhafter Weise möglichst kurz gehalten werden.
  • Zur Umsetzung einer vorgegebenen Topologie können mehrere Halbbrückenmodule HB1, HB2, HB3 auf der Leiterplatte 3, 3.1, 3.2, 3.3 angeordnet werden, wobei die Anzahl der zusätzlichen Stromschienen 40A1, 40A2, 40A3 der Anzahl der Halbbrückenmodule HB1, HB2, HB3 entspricht. Zudem können die Stromschienen 20, 30, 30.1, 30.2, 30.3, 40A1, 40A2, 40A3 in Abhängigkeit vom Einbauraum in einer gemeinsamen Ebene oder in mehreren Ebenen angeordnet werden. Entsprechend der gewählten Topologie werden unterschiedliche Geometrien und Anschlussanordnungen für die Stromschienen 20, 30, 30.1, 30.2, 30.3, 40A1, 40A2, 40A3 dargestellt.
  • Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, umfasst ein erstes Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A ein Halbbrückenmodul HB1, welches ein erstes Leistungshalbleiterbauelement 10A1 und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 10B1 umfasst. Ein solches Halbbrückenmodul HB1 wird auch als B2-Topologie bezeichnet. Hierbei ist das erste Leistungshalbleiterbauelement 10A1 über seinen Drainanschluss D direkt mit dem Kontaktelement 42 der zusätzlichen Stromschiene 40A1 thermisch und elektrisch kontaktiert. Der Drainanschluss D des zweiten Leistungshalbleiterbauelement 10B1 ist direkt mit dem Kontaktelement 22 der ersten Stromschiene 20 thermisch und elektrisch kontaktiert. Der Sourceanschluss S des ersten Leistungshalbleiterbauelements 10A1 ist über eine in 1 nicht dargestellte elektrische Verbindung mit dem als zweiter Versorgungsanschluss (–) des Halbbrückenmoduls HB1 ausgeführtem Kontaktelement 32 der zweiten Stromschiene 30 elektrisch kontaktiert. Der Sourceanschluss S des zweiten Leistungshalbleiterbauelements 10B1 ist über eine in 1 nicht dargestellte elektrische Verbindung mit dem auf der Oberseite der Leiterplatte 3 angeordneten Kontaktbereich 7 elektrisch kontaktiert, welcher mit dem Brückenanschluss P1 bzw. dem Drainanschluss D des ersten Leistungshalbleiterbauelements 10A1 elektrisch und mechanisch verbunden ist. In der dargestellten B2-Topologie umfasst die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung 1A zwei parallel verlaufende Versorgungsstromschienen 20, 30 und eine senkrecht zu den Versorgungsstromschienen 20, 30 verlaufende Phasenstromschiene 40A1. Das Ersatzschaltbild gemäß 2 zeigt zusätzlich eine Drosselinduktivität L und eine Zwischenkreiskapazität C.
  • Wie aus 3 und 4 weiter ersichtlich ist, umfasst ein zweites Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1B zwei Halbbrückenmodule HB1, HB2, welche jeweils ein erstes Leistungshalbleiterbauelement 10A1, 10A2 und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 10B1, 10B2 umfassen. Die dargestellten Schaltungsanordnung 1B wird auch als H-Topologie bezeichnet. Hierbei ist das erste Leistungshalbleiterbauelement 10A1 des ersten Halbbrückenmoduls HB1 über seinen Drainanschluss D direkt mit einem Kontaktelement 42 der zusätzlichen Stromschiene 40A1 thermisch und elektrisch kontaktiert. Das erste Leistungshalbleiterbauelement 10A2 des zweiten Halbbrückenmoduls HB2 ist über seinen Drainanschluss D direkt mit einem Kontaktelement 42 der zusätzlichen Stromschiene 40A2 thermisch und elektrisch kontaktiert. Die Drainanschlüsse D der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente 10B1, 10B2 der beiden Halbbrückenmodule HB1, HB2 sind direkt mit Kontaktelementen 22 der ersten Stromschiene 20 thermisch und elektrisch kontaktiert. Die Sourceanschlüsse S der ersten Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10A2 und der zweiten Leistungshalbleiterbauelements 10B1, 10B2 sind analog zum ersten Ausführungsbeispiel mit dem als zweiter Versorgungsanschluss (–) des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2 ausgeführtem Kontaktelement 32 der zweiten Stromschiene 30 bzw. mit dem auf der Oberseite der Leiterplatte 3 angeordneten Kontaktbereich 7 elektrisch kontaktiert, welcher mit dem Brückenanschluss P1, P2 bzw. dem Drainanschluss D des ersten Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10A2 des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2 elektrisch und mechanisch verbunden ist. In der dargestellten H-Topologie umfasst die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung 1B zwei parallel verlaufende Versorgungsstromschienen 20, 30 und zwei senkrecht zu den Versorgungsstromschienen 20, 30 verlaufende Phasenstromschienen 40A1, 40A2. Auch das Ersatzschaltbild gemäß 4 zeigt zusätzlich eine Drosselinduktivität L und eine Zwischenkreiskapazität C.
  • Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, umfasst ein drittes Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1C drei Halbbrückenmodule HB1, HB2, HB3, welche jeweils ein erstes Leistungshalbleiterbauelement 10A1, 10A2, 10A3 und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 10B1, 10B2, 10B2 umfassen. Die dargestellten Schaltungsanordnung 1C wird auch als B6-Topologie bezeichnet. Hierbei ist das erste Leistungshalbleiterbauelement 10A1 des ersten Halbbrückenmoduls HB1 über seinen Drainanschluss D direkt mit einem Kontaktelement 42 der zusätzlichen Stromschiene 40A1 thermisch und elektrisch kontaktiert. Das erste Leistungshalbleiterbauelement 10A2 des zweiten Halbbrückenmoduls HB2 ist über seinen Drainanschluss D direkt mit einem Kontaktelement 42 der zusätzlichen Stromschiene 40A2 thermisch und elektrisch kontaktiert. Das erste Leistungshalbleiterbauelement 10A3 des dritten Halbbrückenmoduls HB3 ist über seinen Drainanschluss D direkt mit einem Kontaktelement 42 der zusätzlichen Stromschiene 40A3 thermisch und elektrisch kontaktiert. Der Drainanschlüsse D der zweiten Leistungshalbleiterbauelemente 10B1, 10B2, 10B3 der drei Halbbrückenmodule HB1, HB2, HB3 sind direkt mit Kontaktelementen 22 der ersten Stromschiene 20 thermisch und elektrisch kontaktiert. Die Sourceanschlüsse S der ersten Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10A2, 10A3 und der zweiten Leistungshalbleiterbauelements 10B1, 10B2, 10B3 sind analog zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel mit dem als zweiter Versorgungsanschluss (–) des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 ausgeführtem Kontaktelement 32 der zweiten Stromschiene 30 bzw. mit dem auf der Oberseite der Leiterplatte 3 angeordneten Kontaktbereich 7 elektrisch kontaktiert, welcher mit dem Brückenanschluss P1, P2, P3 bzw. dem Drainanschluss D des ersten Leistungshalbleiterbauelements 10A1, 10A2, 10A3 des jeweiligen Halbbrückenmoduls HB1, HB2, HB3 elektrisch und mechanisch verbunden ist. In der dargestellten B6-Topologie umfasst die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung 1C zwei parallel verlaufende Versorgungsstromschienen 20, 30 und drei senkrecht zu den Versorgungsstromschienen 20, 30 verlaufende Phasenstromschienen 40A1, 40A2, 40A3. Auch das Ersatzschaltbild gemäß 6 zeigt zusätzlich eine Drosselinduktivität L und eine Zwischenkreiskapazität C.
  • Wie aus 1 bis 8 weiter ersichtlich ist, sind in den ersten drei Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A, 1B, 1C die Stromschienen 20, 30, 40A1, 40A2, 40A3 an der Unterseite der Leiterplatte 3 in zwei Ebenen bzw. Lagen angeordnet. So sind die erste Stromschiene 20 und die mindestens eine zusätzliche Stromschiene 40A1, 40A2, 40A3 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und die zweite Stromschiene 30 ist in einer weiteren Ebene unterhalb der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1, 40A2, 40A3 angeordnet, wobei die zweite Stromschiene 30 durch eine Isolation 9 von der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1, 40A2, 40A3 getrennt ist. Zur Verbesserung der Isolationseigenschaft ist die zweite Stromschiene 30 im Vergleich zur ersten Stromschiene 20 um 90° gedreht. Durch die Drehung um 90° kann unter Beibehaltung der Stromtragfähigkeit der zweiten Stromschiene 30 der flächige Bauraum optimiert und die Leiterplatte 3 schmäler ausgeführt werden. Um Konflikte mit den senkrecht verlaufenden mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1, 40A2, 40A3 zu vermeiden, weist die zweite Stromschiene 30 Anformungen 34 auf, welche die Kontaktelemente 32 der zweiten Stromschiene 30 tragen, so dass die Zapfen der Kontaktelemente 32 durch die Öffnungen 5 in der Leiterplatte 3 geführt und mit den korrespondierenden Kontaktbereichen 7 an der Oberseite der Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, weist die auch die Isolation 9 entsprechende Durchführungen 9.1 auf, durch welche die Zapfen der Kontaktelemente 32 der zweiten Stromschiene 30 geführt sind. Die Richtungspfeile in 8 zeigen an, mit welchen Kontaktelementen 22, 32, 42 bzw. Kontaktbereichen 7 die verschiedenen Anschlusselektroden D, S, G der Leistungshalbleiterbauelemente 10A1, 10B1 des dargestellten Halbbrückenmoduls HB1 elektrisch kontaktiert werden.
  • Wie aus 9 und 10 weiter ersichtlich ist, ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.1 in Bezug auf die Bauhöhe optimiert. Das dargestellte Halbbrückenmodul HB1 umfasst analog zum ersten Ausführungsbeispiel ein erstes Leistungshalbleiterbauelement 10A1, ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 10B1, zwei parallel verlaufende Versorgungsstromschienen 20, 30.1 und eine senkrecht zu den Versorgungsstromschienen 20, 30.1 verlaufende Phasenstromschiene 40A1. Die Verschaltung der einzelnen Komponenten entspricht der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen B2-Topologie.
  • Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, sind auch die Stromschienen 20, 30.1, 40A1 im vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.1 an der Unterseite der Leiterplatte 3.1 in zwei Ebenen bzw. Lagen angeordnet. So sind die erste Stromschiene 20 und die mindestens eine zusätzliche Stromschiene 40A1 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und die zweite Stromschiene 30.1 ist in einer weiteren Ebene unterhalb der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1 angeordnet, wobei die zweite Stromschiene 30.1 durch eine Isolation 9A.1 von der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1 getrennt ist. Im Gegensatz zu den ersten drei Ausführungsbeispielen ist die zweite Stromschiene 30.1 um 90° gedreht und flach unterhalb der zusätzlichen Stromschiene 40A1 angeordnet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Höhe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1A.1 reduziert werden, wobei sich der Flächenbedarf jedoch erhöht, da die Leiterplatte 3.1 breiter wird. Um Konflikte mit der senkrecht verlaufenden zusätzlichen Stromschiene 40A1 zu vermeiden, weist die zweite Stromschiene 30.1 auch im vierten Ausführungsbeispiel Anformungen 34.1 auf, welche die Kontaktelemente 32.1 der zweiten Stromschiene 30.1 tragen, so dass die Zapfen der Kontaktelemente 32.1 durch die Öffnungen 5 in der Leiterplatte 3.1 geführt und mit den korrespondierenden Kontaktbereichen 7 an der Oberseite der Leiterplatte elektrisch verbunden sind. Analog zu dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel kann die dargestellte B2-Topologie des vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.1 durch Hinzufügen von weiteren Halbbrückenmodulen HB2, HB3 einfach zu einer H-Topologie oder B6-Topologie erweitert werden.
  • Wie aus 11 und 12 weiter ersichtlich ist, ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.2 in Bezug auf die Bauhöhe und den Flächenbedarf optimiert. Das dargestellte Halbbrückenmodul HB1 umfasst analog zum ersten und vierten Ausführungsbeispiel ein erstes Leistungshalbleiterbauelement 10A1, ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 10B1, zwei parallel verlaufende Versorgungsstromschienen 20, 30.2 und eine senkrecht zu den Versorgungsstromschienen 20, 30.2 verlaufende Phasenstromschiene 40A1. Die Verschaltung der einzelnen Komponenten entspricht der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen B2-Topologie.
  • Wie aus 12 weiter ersichtlich ist, sind auch die Stromschienen 20, 30.2, 40A1 im fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.2 an der Unterseite der Leiterplatte 3.2 in zwei Ebenen bzw. Lagen angeordnet. So sind die erste Stromschiene 20 und die mindestens eine zusätzliche Stromschiene 40A1 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und die zweite Stromschiene 30.2 ist in einer weiteren Ebene unterhalb der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1 angeordnet, wobei die zweite Stromschiene 30 durch eine Isolation 9A.2 von der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1 getrennt ist. Analog zum vierten Ausführungsbeispiel ist die zweite Stromschiene 30.2 im Vergleich zu den ersten drei Ausführungsbeispielen um 90° gedreht und flach unterhalb der zusätzlichen Stromschiene 40A1 angeordnet. Im Gegensatz zum vierten Ausführungsbeispiel ist die zweite Stromschiene 30.2 jedoch in Richtung Mitte der Leiterplatte 3.2 verschoben und verläuft auch unterhalb des ersten Leistungshalbleiterbauelements 10A1. Dadurch kann in vorteilhafter Weise auf die Anformungen an der zweiten Stromschiene 30.2 verzichtet werden, so dass die zweite Stromschiene 30.2 analog zur ersten Stromschiene 20 die Kontaktelemente 32.2 direkt trägt. Dadurch können die Höhe und der Flächenbedarf der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1A.2 reduziert werden, da die Leiterplatte 3.2 schmäler wird. Analog zu dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel kann die dargestellte B2-Topologie des fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.2 durch Hinzufügen von weiteren Halbbrückenmodulen HB2, HB3 einfach zu einer H-Topologie oder B6-Topologie erweitert werden.
  • Wie aus 13 und 14 weiter ersichtlich ist, ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.3 in Bezug auf die Bauhöhe weiter optimiert. Das dargestellte Halbbrückenmodul HB1 umfasst analog zum ersten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel ein erstes Leistungshalbleiterbauelement 10A1, ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 10B1, zwei parallel verlaufende Versorgungsstromschienen 20, 30.3 und eine senkrecht zu den Versorgungsstromschienen 20, 30.3 verlaufende Phasenstromschiene 40A1. Die Verschaltung der einzelnen Komponenten entspricht der in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen B2-Topologie.
  • Wie aus 14 weiter ersichtlich ist, sind alle Stromschienen 20, 30.3, 40A1 im fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.3 an der Unterseite der Leiterplatte 3.3 in einer gemeinsamen Ebene bzw. Lage angeordnet. Im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen ist die zweite Stromschiene 30.3 zwischen der ersten Stromschiene 20 und der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1 angeordnet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise auf eine Isolation und die Anformungen an der zweiten Stromschiene 30.3 verzichtet werden, so dass die zweite Stromschiene 30.3 analog zur ersten Stromschiene 20 die Kontaktelemente 32.3 direkt trägt. Zudem kann auch die Höhe der Zapfen der Kontaktelemente 32.3 reduziert werden, so dass die zweite Stromschiene 30.3 baugleich zur ersten Stromschiene 20 ausgeführt werden kann, so dass die Anzahl der Gleichteile weiter erhöht werden kann. Zudem kann die Höhe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1A.3 auf Kosten eines höheren Flächenbedarfs reduziert werden, da die Leiterplatte 3.3 im Vergleich zum fünften Ausführungsbeispiel wieder breiter ist. Analog zu dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel kann die dargestellte B2-Topologie des sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1A.3 durch Hinzufügen von weiteren Halbbrückenmodulen HB2, HB3 einfach zu einer H-Topologie oder B6-Topologie erweitert werden.
  • 15 zeigt eine solche Erweiterung auf eine B6-Topologie als siebtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1D mit drei Halbbrückenmodulen HB1, HB2, HB3.
  • Wie aus 15 weiter ersichtlich ist, ist das siebte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1D in Bezug auf die Bauhöhe optimiert. Die dargestellte B6-Topologie umfasst analog zum dritten Ausführungsbeispiel drei Halbbrückenmodule HB1, HB2, HB3, welche jeweils ein erstes Leistungshalbleiterbauelement 10A1, 10A2, 10A3 und ein zweites Leistungshalbleiterbauelement 10B1, 10B2, 10B2 umfassen, zwei parallel verlaufende Versorgungsstromschienen 20, 30.3 und drei senkrecht zu den Versorgungsstromschienen 20, 30.3 verlaufende Phasenstromschiene 40A1, 40A2, 40A3. Die Verschaltung der einzelnen Komponenten entspricht der in Verbindung mit dem dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen B6-Topologie. Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel sind alle Stromschienen 20, 30.3, 40A1, 40A2, 40A3 im siebten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 1D an der Unterseite der Leiterplatte 3.3 in einer gemeinsamen Ebene bzw. Lage angeordnet. Hierbei ist die zweite Stromschiene 30.3 analog zum sechsten Ausführungsbeispiel zwischen der ersten Stromschiene 20 und der mindestens einen zusätzlichen Stromschiene 40A1, 40A2, 40A3 angeordnet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise auf eine Isolation und die Anformungen an der zweiten Stromschiene 30.3 verzichtet werden, so dass die zweite Stromschiene 30.3 analog zur ersten Stromschiene 20 die Kontaktelemente 32.3 direkt trägt. Zudem kann auch die Höhe der Zapfen der Kontaktelemente 32.3 reduziert werden, so dass die zweite Stromschiene 30.3 baugleich zur ersten Stromschiene 20 ausgeführt und die Anzahl der Gleichteile weiter erhöht werden können. Zudem kann die Höhe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1D auf Kosten eines höheren Flächenbedarfs reduziert werden.
  • Durch die Anordnung weiterer Halbbrücken HB1, HB2, HB3, HB4, .., HBn können auch n-polige Topologien aufgebaut werden. Werden in den Halbbrücken HB1, HB2, HB3, HB4, .., HBn einzelne der Leistungshalbleiter 10A1, 10A2, 10A3, ..., 10An, 10B1, 10B2, 10B3, ..., 10Bn entweder nicht bestückt oder durch metallische Brücken ersetzt, können auch unsymmetrische Topologien, wie H5, Heric usw. dargestellt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2043412 B1 [0003]

Claims (10)

  1. Elektrische Schaltungsanordnung mit einer Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3), mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelementen (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3), welche auf einer Oberseite der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordnet sind, und einer ersten und zweiten Stromschiene (20, 30, 30.1, 30.2, 30.3), welche parallel zueinander auf einer Unterseite der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Leistungshalbleiterbauelemente (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3) jeweils über eine Anschlusselektrode (D, S) mit einem Kontaktelement (22, 32) thermisch und elektrisch kontaktiert sind, welches durch eine Öffnung (5) in der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) geführt und thermisch und elektrisch mit einer Stromschiene (20, 30, 30.1, 30.2, 30.3) kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Leistungshalbleiterbauelemente (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3) zu einem Halbbrückenmodul (HB1, HB2, HB3) mit zwei Versorgungsanschlüssen (+, –) und einem gemeinsamen Brückenanschluss (P1, P2, P3) verschaltet sind, wobei ein erster Versorgungsanschluss (+) des Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) mit der ersten Stromschiene (20) und ein zweiter Versorgungsanschluss (–) des Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) mit der zweiten Stromschiene (30, 30.1, 30.2, 30.3) kontaktiert sind, wobei der gemeinsame Brückenanschluss (P1, P2, P3) des Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) direkt mit einem Kontaktelement (42) thermisch und elektrisch kontaktiert ist, welches durch eine Öffnung (5) in der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) geführt und thermisch und elektrisch mit einer zusätzlichen Stromschiene (40A1, 40A2, 40A3) kontaktiert ist, welche senkrecht zur ersten und zweiten Stromschiene (20, 30, 30.1, 30.2, 30.3) auf der Unterseite der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordnet ist und eine korrespondierende Phase für einen nachfolgenden elektrischen Verbraucher zur Verfügung stellt.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Halbbrückenmodule (HB1, HB2, HB3) auf der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordnet sind, wobei die Anzahl der zusätzlichen Stromschienen (40A1, 40A2, 40A3) der Anzahl der Halbbrückenmodule (HB1, HB2, HB3) entspricht.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (22, 42) einen Zapfen aufweisen, welcher in die korrespondierende Öffnung (5) in der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) hineinragt, so dass eine Oberseite des Zapfens mit einem auf der Oberseite der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordneten Kontaktbereich (7) bündig abschließt.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) in der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) als Durchkontaktierungen ausgeführt und mit dem auf der Oberseite der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordneten Kontaktbereich (7) elektrisch leitend verbunden sind.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterseite des jeweiligen Leistungshalbleiterbauelements (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3) mit der Oberseite des korrespondierenden Kontaktelements (22, 42) thermisch und elektrisch kontaktiert ist, wobei das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement (10A1, 10B1, 10A2, 10B2, 10A3, 10B3) auf der Oberseite des korrespondierenden Kontaktelements (22, 42) und dem korrespondierenden Kontaktbereich (7) aufliegt.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drainanschluss (D) eines ersten Leistungshalbleiterbauelements (10A1, 10A2, 10A3) des jeweiligen Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) als Brückenanschluss (P1, P2, P3) ausgeführt und mit dem Kontaktelement (42) der korrespondierenden zusätzlichen Stromschiene (40A1, 40A2, 40A3) direkt thermisch und elektrisch kontaktiert ist.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sourceanschluss (S) des ersten Leistungshalbleiterbauelements (10A1, 10A2, 10A3) des jeweiligen Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) mit einem als zweiter Versorgungsanschluss (–) des Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) ausgeführtem Kontaktelement (32) der zweiten Stromschiene (30, 30.1, 30.2, 30.3) elektrisch kontaktiert ist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drainanschluss (D) eines zweiten Leistungshalbleiterbauelements (10B1, 10B2, 10B3) des jeweiligen Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) als erster Versorgungsanschluss (+) ausgeführt und mit dem Kontaktelement (22) der ersten Stromschiene (22) direkt thermisch und elektrisch kontaktiert ist.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sourceanschluss (S) des zweiten Leistungshalbleiterbauelements (10B1, 10B2, 10B3) des jeweiligen Halbbrückenmoduls (HB1, HB2, HB3) mit einem auf der Oberseite der Leiterplatte (3, 3.1, 3.2, 3.3) angeordneten Kontaktbereich (7) elektrisch kontaktiert ist, welcher mit dem Brückenanschluss (P1, P2, P3) elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschienen (20, 30, 30.1, 30.2, 30.3, 40A1, 40A2, 40A3) in Abhängigkeit vom Einbauraum in einer gemeinsamen Ebene oder in mehreren Ebenen angeordnet sind, wobei entweder die erste oder die zweite Stromschiene (20, 30, 30.1, 30.2, 30.3) und die mindestens eine zusätzliche Stromschiene (40A1, 40A2, 40A3) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
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