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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Leistungshalbleitermodule, insbesondere Leistungshalbleitermodule mit Laststrommessung an einem externen Lastanschluss.
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Leistungshalbleitermodule umfassen üblicherweise ein Leistungselektronik-Substrat, auf dem mehrere Leistungshalbleiter-Bauelemente (beispielsweise Hableiterschalter wie IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, engl.: insulated-gate bipolar transistors) oder MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren, engl.: metal-oxide-semiconductor field-effect transistors)) angeordnet sind. Das Leistungselektronik-Substrat kann direkt in einem Gehäuseteil (ein sogenannter Modulrahmen) befestigt (z.B. eingeklebt) werden. Alternativ kann das Leistungselektronik-Substrat auch auf einer metallischen Bodenplatte befestig (z.B. angelötet) werden, die wiederum an einem Modulrahmen angeordnet wird. Die Bodenplatte bildet in diesem Fall praktisch den Gehäuseboden des Leistungshalbleiter-Moduls. Der Modulrahmen ist üblicherweise aus Kunststoff und beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt.
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Bei dem Leistungselektronik-Substrat kann es sich insbesondere um ein DCB-Substrat (DCB = double copper bonded), ein DAB-Substrat (DAB = double aluminum bonded) oder ein AMB-Substrat (AMB = active metal braze) handeln, bei denen der Isolationsträger meist aus Keramik besteht. Ein weiteres Leistungselektronik-Substrat ist das sogenannte IMS-Substrat (IMS = insulated metal substrate), bei dem ein metallischer Träger durch eine dünne Isolationsschicht von der Metallisierung isoliert ist. Auf beiden Seiten des Trägers (isoliertes Metall oder Keramik) ist eine Metallisierung angeordnet. Die oberseitige Metallisierung ist strukturiert und weist daher Leiterbahnen, Löt-Pads und Bond-Pads und dgl. auf. Die unterseitige Metallisierung ist üblicherweise vollflächig.
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Die auf dem Substrat angeordneten Leistungshalbleiter-Bauelemente sind im Allgemeinen mit ihrer Rückseite (Unterseite) auf die oberseitige Metallisierung gelötet. Die Leistungshalbleiter-Bauelemente sind üblicherweise mittels Bonddrähten mit metallischen Anschlussflächen (Bondpads) auf dem isolierenden Substrat kontaktiert. Durch Anschlussleitungen, z.B. Kontaktstifte, werden externe Anschlüsse gebildet, welche durch das Gehäuse geführt sind und eine externe Kontaktierung der Anschlussflächen ermöglichen.
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Halbleitermodule und insbesondere Leistungshalbleitermodule erzeugen während des Betriebs bei hohen Strömen und Spannungen Wärme, die, wenn sie nicht entsprechend abgeführt wird, die Leistung und Lebensdauer der Module vermindert. Bei Leistungshalbleiterbauelementen und -modulen wird bei entsprechend hohen Verlustleistungen meist eine Flüssigkeitskühlung verwendet, um einen ausreichenden Wärmeabtransport zu gewährleisten.
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Bei der direkten Flüssigkeitskühlung weist das Leistungshalbleitermodul an seiner Unterseite Wärmetauscher (z.B. Kühlkörper) auf, welche die Wärme der Bauteile aufnehmen und durch den direkten Kontakt zur Kühlflüssigkeit die Wärme an diese übertragen. Somit erwärmt sich die Kühlflüssigkeit während sie an der Unterseite des Moduls entlang strömt, wobei sich die Temperatur der Kühlflüssigkeit immer mehr an die Betriebstemperatur des Moduls annähert. Häufig ist eine Vielzahl an Leistungshalbleitermodulen hintereinander entlang eines einzigen Kühlkörpers angeordnet. Der Kühlkörper kann dabei beispielsweise ein langgestreckter gerader oder ein U-förmiger Kühlkörper sein. Es sind auch Anordnungen bekannt, bei welchen auf der Oberseite der Leistungshalbleitermodule ein weiterer Kühlkörper angeordnet ist, um die Fläche zum Abführen von Wärme zu verdoppeln.
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In vielen Applikationen ist es wünschenswert, den durch wenigstens einen der externen Anschlüsse fließenden Strom zu messen. Der Platz für eine Strommessanordnung ist jedoch aufgrund der engen Anordnung der Leistungshalbleitermodule entlang des Kühlkörpers, bzw. der Kühlkörper begrenzt. Zudem ist eine galvanische Trennung des Leistungshalbleitermoduls und der Auswerteelektronik erforderlich. In bekannten Anordnungen werden daher Strommessanordnungen extern über eine Stromschiene (engl. busbar) mit den entsprechenden Anschlüssen des Leistungshalbleitermoduls verbunden. Die Stromversorgung der Strommessanordnungen sowie die Datenübertragung an ein Steuerungs- bzw. Auswertemodul erfolgt hierbei über entsprechende Versorgungs- und Datenleitungen. Für die Strommessung wird bei derartigen Anordnungen durch die zusätzlichen Strommessanordnungen jedoch viel zusätzlicher Platz benötigt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Leistungshalbleitermodul zu schaffen, bei dem die Strommessanordnung zum Messen des Stromes wenigstens einer Anschlussleitung möglichst platzsparend implementiert ist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch das Leistungshalbleitermodul gemäß Anspruch 1 und das System gemäß Anspruch 19 gelöst. Unterschiedliche Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul. Gemäß einem Bespiel der Erfindung umfasst das Modul ein Leistungselektronik-Substrat mit einer ersten Oberfläche, einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche, einer ersten Längsseite und einer der ersten Längsseite gegenüberliegenden zweiten Längsseite. Das Leistungshalbleitermodul umfasst weiterhin einen Modulrahmen, der derart angeordnet ist, dass er das Leistungselektronik-Substrat umschließt, wenigstens einen Leistungsanschluss, der an der ersten Längsseite angeordnet ist und der sich durch den Modulrahmen hindurch erstreckt, einen weiteren Anschluss, der an der zweiten Längsseite angeordnet ist und der sich durch den Modulrahmen hindurch erstreckt, wenigstens ein Leistungshalbleiter-Bauelement, welches auf der ersten Oberfläche des Leistungselektronik-Substrats angeordnet und elektrisch mit wenigstens einem Leistungsanschluss verbunden ist und wenigstens einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, einen Strom in einem Leistungsanschluss zu messen, wobei der wenigstens eine Stromsensor auf dem Leistungsanschluss angeordnet ist und einen Signalausgang aufweist, der mit dem weiteren Anschluss verbunden ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System mit wenigstens zwei Leistungshalbleitermodulen, wobei die wenigstens zwei Leistungshalbleitermodule eine gemeinsame Kühlvorrichtung aufweisen, die entlang der zweiten Oberfläche des Leistungselektronik-Substrats verläuft und die dazu ausgebildet ist, das Leistungselektronik-Substrat und die darauf angeordneten Leistungshalbleiter-Bauelemente zu kühlen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. In den Abbildungen zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit einem externen Anschluss;
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2 eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungsanschlüssen und weiteren Anschlüssen;
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3 eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungsanschlüssen und einem an einer ersten Position angeordneten Stromsensor;
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4 eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungsanschlüssen und einem an einer zweiten Position angeordneten Stromsensor;
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5 eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungsanschlüssen und einem an einer dritten Position angeordneten Stromsensor;
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6 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit einem Leistungsanschluss;
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7 eine schematische Draufsicht auf ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungsanschlüssen und einem an der dritten Position angeordneten Stromsensor;
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8 eine schematische Draufsicht auf einen Leistungsanschluss mit einem Stromsensor an der dritten Position;
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9 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Leistungshalbleitermoduls mit einem Leistungsanschluss und einem Stromsensor;
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10 eine schematische Draufsicht auf ein Leitungshalbleitermodul mit einem Leistungsanschluss und einem Stromsensor an der dritten Position;
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11 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Leitungshalbleitermodul mit einem Leistungsanschluss und einem Stromsensor an der dritten Position;
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12 eine schematische Draufsicht auf einen Leistungsanschluss mit einem magnetischen Stromsensor an der dritten Position;
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13 eine schematische Draufsicht auf einen weiteren Leistungsanschluss mit einem magnetischen Stromsensor an der dritten Position;
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14 eine schematische Draufsicht auf einen Leistungsanschluss mit einem Shunt-Stromsensor an der dritten Position;
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15 eine schematische Draufsicht auf ein Leitungshalbleitermodul mit einem Leistungsanschluss und einem Stromsensor an der zweiten Position; und
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16 eine schematische Draufsicht auf ein Leitungshalbleitermodul mit mehreren Leistungsanschlüssen und Stromsensoren an der zweiten Position.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit jeweils gleicher oder ähnlicher Bedeutung.
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Zunächst wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten schematischen Darstellung ganz allgemein ein Beispiel eines Leistungshalbleitermoduls 1 beschrieben. Das Modul 1 umfasst ein Leistungselektronik-Substrat 20 mit einer ersten Oberfläche 201 und einer der ersten Oberfläche 201 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 202. Das Leistungselektronik-Substrat 20 umfasst beispielsweise einen dielektrischen Isolationsträger, der in der Regel mit einer oberen Metallisierung und mit einer unteren Metallisierung versehen ist (beide in 1 nicht dargestellt). Der Isolationsträger dient dabei dazu, die obere Metallisierung gegenüber der unteren Metallisierung elektrisch zu isolieren. Bei dem Leistungselektronik-Substrat 20 kann es sich insbesondere um ein DCB-Substrat (DCB = double copper bonded), ein DAB-Substrat (DAB = double aluminium bonded) oder ein AMB-Substrat (AMB = active metal braze) handeln, bei denen der Isolationsträger meist aus Keramik besteht. Ein weiteres Leistungselektronik-Substrat ist das sogenannte IMS-Substrat (IMS = insulated metal substrate), bei dem ein metallischer Träger durch eine dünne Isolationsschicht von der Metallisierung isoliert ist. Auf beiden Seiten des Trägers (isoliertes Metall oder Keramik) ist eine Metallisierung angeordnet. Die oberseitige Metallisierung ist strukturiert und weist daher Leiterbahnen, Löt-Pads und Bond-Pads und dergleichen auf. Die unterseitige Metallisierung ist üblicherweise vollflächig.
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Das Leistungselektronik-Substrat 20 ist mittels einer Verbindungsschicht 31 (z.B. einer Lotschicht) mit der ersten Oberfläche 301 einer Grundplatte 30 verbunden. Die Grundplatte 30 kann eine elektrisch leitende Metallplatte (z.B. aus Kupfer oder Aluminium) aufweisen oder aus einer solchen bestehen, die optional auf ihrer Oberfläche mit einer dünnen Materialschicht, z.B. aus Nickel, zur Verbesserung der Lötbarkeit der Grundplatte 30 versehen sein kann. Die Grundplatte 30 kann in einer Ausführungsform eine 3mm dicke Aluminiumplatte sein. In anderen Ausführungsformen kann die Grundplatte 30 aber beispielsweise auch eine 0,2mm dicke Kupferplatte sein. Aber auch anderen Dicken und Materialien sind für die Grundplatte 30 möglich. Das Leistungselektronik-Substrat 20 kann mit der Grundplatte 30 beispielsweise durch Weichlöten oder mittels eines Klebeverfahrens verbunden werden.
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Eine Kühlvorrichtung 33 ist mittels einer zweiten Verbindungsschicht 32 mit einer zweiten Oberfläche 302 der Grundplatte 30 verbunden, wobei die zweite Oberfläche 302 der ersten Oberfläche 301 gegenüber angeordnet ist. Die Kühlvorrichtung 33 kann beispielsweise ein Kühlrohr sein, welches in seinem Inneren von einem Kühlmedium bzw. einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Die Kühlflüssigkeit erwärmt sich, während sie an der Unterseite des Leistungshalbleitermoduls 1 entlang strömt. Wie in 2 dargestellt, können mehrere Leistungshalbleitermodule 1 entlang einer Kühlvorrichtung 33 angeordnet sein. Die Kühlvorrichtung 33 kann dabei beispielsweise ein langgestrecktes gerades Kühlrohr sein, oder z.B. auch eine U-Form aufweisen.
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Die Grundplatte 30 und das Substrat 20 eines Leistungshalbleitermoduls 1 sind normalerweise rechteckig und besitzen folglich zwei längere Seiten (im Folgenden als Längsseiten L1, L2 bezeichnet) und zwei kürzere Seiten (im Folgenden als Querseiten bezeichnet). Richtungsangaben werden entsprechend als Längs- und Querrichtung angegeben. Die geometrische Gestaltung von Halbleitermodulen 1 kann jedoch auch quadratisch sein. In diesem Fall wären die Längs- und Querseiten gleich lang. In den folgenden Beispielen werden jedoch nicht quadratische Ausführungsformen beschrieben.
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Auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 sind ein oder mehrere Leistungshalbleiterchips 21 angeordnet. Jeder der Leistungshalbleiterchips 21 kann dabei einen steuerbaren Leistungshalbleiterschalter aufweisen, beispielsweise einen IGBT (insulated-gate bipolar transistor), einen MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) oder einen JFET (junction field-effect transistor). Ein Leistungshalbleiterschalter weist dabei normalerweise eine Laststrecke sowie einen Steueranschluss auf. Die Anzahl und die Art der auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 angeordneten Leistungshalbleiterchips 21 ist jedoch beliebig und hängt von der jeweiligen Anwendung ab.
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Die Leistungshalbleiterchips 21 können mit der oberen Metallisierung zum Beispiel mittels Löten oder Sintern mechanisch und auch elektrisch leitend verbunden sein.
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Die Oberseiten der Halbleiterchips 21 können elektrisch beispielsweise mit Hilfe von Bonddrähten mit korrespondierenden Bond-Pads der Metallisierung elektrisch verbunden sein. Ein Modulrahmen 60 umschließt das Leistungselektronik-Substrat 20. Der Modulrahmen 60 bildet die Seitenwände eines Modulgehäuses. Er ist üblicherweise aus Kunststoff und kann beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Das Leistungshalbleitermodul 1 kann durch einen Gehäusedeckel (nicht dargestellt) verschlossen sein. Dieser kann beispielsweise auf das Modul 1 aufgesetzt werden. Modulrahmen 60 und Gehäusedeckel können aber beispielsweise auch einstückig ausgebildet sein. Das Innere des Moduls 1 kann mit Isolationsmasse oder Vergussmasse ausgefüllt sein.
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Ein Leistungshalbleitermodul 1 umfasst eine Anzahl von Anschlusselementen 50 (oft rechteckig im Querschnitt), welche eine externe elektrische Verbindung des Moduls 1 mit anderen Komponenten wie beispielsweise Spannungsversorgungseinheiten oder anderen externen Elektronikkomponenten ermöglichen. Extern bedeutet in diesem Zusammenhang „außerhalb des Modulgehäuses“. Innerhalb des Modulrahmens 60 weisen die Anschlusselemente 50 einen inneren Abschnitt 50I auf, der elektrisch mit der ersten Oberfläche 201 und/oder mit einem oder mehreren der Leistungshalbleiterchips 21 verbunden ist. Die elektrische Verbindung kann beispielsweise mittels einer Verbindungsschicht 40 hergestellt werden. Die Verbindungsschicht 40 kann beispielsweise eine dünne Lage aus Kupfer umfassen. Ein Verbindungsabschnitt 50V der Anschlusselemente 50 erstreckt sich durch den Modulrahmen 60 hindurch. Außerhalb des Modulrahmens 60 weisen die Anschlusselemente 50 einen äußeren Abschnitt 50A auf, welcher aus dem Modulrahmen 60 herausragt. Die äußeren Abschnitte 50A bilden die externen Anschlüsse des Moduls 1. Die äußeren Abschnitte 50A der Anschlusselemente 50 können eine Bohrung aufweisen, um die Anschlusselemente 50 mit externen Komponenten verbinden zu können. Die Anschlusselemente 50 können beispielsweise Steckkontakte sein, welche in Nuten angeordnet werden, die im Modulrahmen 60 hierfür vorgesehen sind. Die Anschlusselemente 50 können aber beispielsweise auch bereits bei der Herstellung des Modulrahmens 60 in das Modulgehäuse eingegossen werden.
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In vielen Anwendungen sind zwei oder mehr Anschlusselemente 50 als Leistungsanschlüsse 51 vorgesehen. Diese Leistungsanschlüsse 51 können außerhalb des Moduls 1 beispielsweise mit massiven Stromschienen (Bus-Bars) verbunden sein, über die der Laststrom zu- und abgeleitet wird. Abhängig von der nominellen Laststromstärke weisen die Leistungsanschlüsse 51 einen entsprechend großen Querschnitt auf (beispielsweise 8mm × 1mm). Die Leistungsanschlüsse 51 sind, wie in 2 dargestellt, entlang einer ersten Längsseite L1 des Moduls 1 angeordnet. Das heißt, die Leistungsanschlüsse 51 sind auf der ersten Längsseite L1 nebeneinander nahe des äußeren Randes des Leistungselektronik-Substrats 20 angeordnet und ragen auf der ersten Längsseite L1 aus dem Modul 1 heraus.
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Neben den Leistungsanschlüssen 51 umfasst das Leistungshalbleitermodul 1 weitere Anschlüsse 52, welche keine Leistungsanschlüsse sind und welche normalerweise mit einer externen Steuerplatine verbunden sind. Auf der Steuerplatine (nicht dargestellt) können Mikroprozessoren, Pegelwandler (level shifter) oder Speicherelemente angeordnet sein. Die weiteren Anschlüsse 52 sind nebeneinander entlang der zweiten Längsseite L2 angeordnet. Somit sind die Leistungsanschlüsse 51 und die weiteren Anschlüsse 52 auf gegenüberliegenden Längsseiten des Moduls 1 angeordnet. In den Figuren sind die Leistungsanschlüsse 51 und die weiteren Anschlüsse 52 derart dargestellt, dass diese seitlich durch den Modulrahmen 60 nach außen geführt sind. Die Anschlüsse 51, 52 können jedoch beispielsweise auch senkrecht zur ersten Oberfläche 201 nach oben aus dem Leistungshalbleitermodul 1 herausgeführt werden. Werden die Anschlüsse 51, 52 nach oben aus dem Leistungshalbleitermodul herausgeführt, so können beispielsweise externe Komponenten (z.B. eine Steuerplatine) direkt auf das Leistungshalbleitermodul 1 aufgesetzt und mit den Anschlüssen kontaktiert werden. Die externen Komponenten können hierfür beispielsweise Löcher aufweisen, in welche die Anschlüsse 51, 52 hingesteckt werden können. Die Oberseite des Leistungshalbleitermoduls 1 steht bei einer derartigen Anordnung jedoch nicht mehr zum Vorsehen einer weiteren Kühlvorrichtung zur Verfügung.
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Um einen Strom in einem der Leistungsanschlüsse 51 zu messen, umfasst das Leistungshalbleitermodul 1 einen Stromsensor S. Dieser Stromsensor S ist an, bzw. auf dem entsprechenden Leistungsanschluss 51 angeordnet. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Stromsensor S dabei an einer ersten Position X auf dem äußeren Abschnitt 51A des Leistungsanschlusses 51 angeordnet. Das heißt, der Stromsensor S ist außerhalb des Modulrahmens 60 angeordnet. Die Anordnung außerhalb des Modulrahmens 60 hat den Vorteil, dass der Sensor S im Modul 1 keinen Platz benötigt. Allerdings ergibt sich bei einer Anordnung an der ersten Position X ein Problem mit der Isolation des Sensors S, da die Anschlussleitungen des Sensors S einen Mindestabstand zu dem Leistungsanschluss 51 aufweisen müssen. Dies macht einen größeren Sensor S erforderlich, welcher aufgrund seiner Größe auch teurer ist.
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Wie in 4 dargestellt, kann der Stromsensor S jedoch auch an einer zweiten Position Y auf, bzw. an dem Verbindungsabschnitt 51V des Leistungsanschlusses 51 angeordnet sein. Das heißt, der Sensor S ist auf allen Seiten vom Modulrahmen 60 umschlossen. Der Sensor S kann beispielsweise bei der Herstellung des Modulrahmens 60 mit in den Modulrahmen 60 eingegossen werden. Wird der Modulrahmen 60 beispielsweise im Spritzgussverfahren hergestellt, so kann das Spritzgussverfahren in zwei Schritten durchgeführt werden. So kann beispielsweise in einem ersten Schritt ein erster Teil des Modulrahmens 60 gegossen werden, welcher die Bestandteile des Leistungshalbleitermoduls 1 stabilisiert, mit Ausnahme des Stromsensors S. Dieser wird erst nach dem Herstellen des ersten Teils des Modulrahmens 60 in einem zweiten Schritt auf dem Leistungsanschluss 51 angebracht. In diesem zweiten Schritt werden auch die für den Sensor S notwendigen elektrischen Verbindungen hergestellt. Anschließend wird in einem dritten Schritt auch der Sensor S umgossen, so dass auch der Sensor S und seine elektrischen Verbindungen stabilisiert und fest auf ihren jeweiligen Positionen gehalten werden.
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Der Modulrahmen 60 kann bei der Anordnung des Sensors S an der zweiten Position Y beispielsweise einen Vorsprung 61 aufweisen, welcher den Sensor S vollständig umschließt. Der Vorsprung 61 kann beispielsweise vorgesehen sein, wenn der Modulrahmen 60 nur eine verhältnismäßig geringe Dicke aufweist im Verhältnis zu den Abmessungen des Stromsensors S. Durch das zusätzliche Material des Vorsprungs 61 kann der Sensor S auf allen Seiten mit ausreichend Material umschlossen werden. Es ist dabei nicht notwendig, die Dicke des Modulrahmens 60 über dessen gesamten Umfang zu erhöhen. Somit wird lediglich ein Minimum an zusätzlichem Material zum Ausbilden des Vorsprungs 61 benötigt. Der Stromsensor S weist an der zweiten Position Y aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Leistungsanschlusses 51 eine thermische Kopplung mit dem Leistungselektronik-Substrat 20 und somit mit der Kühlvorrichtung 33 auf. Eine gute thermische Kopplung des Stromsensors S mit der Kühlvorrichtung 33 kann vorteilhaft sein, da es in einigen Anordnungen zu lokal erhöhten Stromdichten kommen kann. Der Sensor S ist zudem an der zweiten Position Y, da er hier von dem Material des Modulrahmens 60 umschlossen ist, auch gegen mechanische Einflüsse geschützt. Durch die Anordnung im Modulrahmen 60 benötigt der Sensor S auch keinen zusätzlichen Platz auf dem Leistungselektronik-Substrat 20. Zudem ist eine gute Isolation des Sensors S gewährleistet. Häufig ergeben sich Probleme mit geringen Kriechstrecken zwischen Komponenten welche ein hohes Potential (z.B. 500V oder 10kV), wie beispielsweise der Leistungsanschluss 50, und Komponenten welche ein niedriges Potential (z.B. 5V oder 42V) aufweisen, wie beispielsweise Anschlüsse des Stromsensors S. Durch ein Umspritzen des Sensors S mit dem Material des Modulrahmens 60 an der zweiten Position Y kann dieses Problem verringert werden. Die Kriechstrecke ist im Allgemeinen definiert als der entlang einer Oberfläche einer Isolation gemessene kürzeste Weg zwischen zwei leitfähigen Teilen.
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Der Sensor S kann, wie in 5 dargestellt, auch an einer dritten Position Z auf dem inneren Abschnitt 51I des Leistungsanschlusses 51 angeordnet sein. Das heißt, der Stromsensor S ist innerhalb des Modulrahmens 60 angeordnet. Die Anordnung des Sensors S innerhalb des Modulrahmens 60 hat den Vorteil, dass die Probleme geringer Kriechstrecken durch die im Inneren des Moduls 1 befindliche Vergussmasse verringert werden. Der Sensor S steht zudem in engem Kontakt mit dem Leistungselektronik-Substrat 20. Durch die Nähe zum Leistungselektronik-Substrat 20 erfolgt eine effektive Kühlung durch die auf der Unterseite des Moduls 1 angeordnete Kühlvorrichtung 33. So kann der Sensor S gut vor zu hohen Temperaturen geschützt werden, welche beispielsweise bei Überstrom-Zuständen auftreten können. Weiterhin wird der Sensor S durch die Anordnung im Inneren des Gehäuses besser vor externen Kräften geschützt. Externe Kräfte können beispielsweise beim Einbau des Moduls 1 in eine Applikation (z.B. beim Verbinden der Leistungsanschlüsse 51 mit einer Stromschiene) auftreten.
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Besondere Probleme können sich beim Auftreten externer Kräfte grundsätzlich insbesondere dann ergeben, wenn der Sensor S durch eine Zwischenisolationsschicht (z.B. Glas- oder Keramikplättchen) von dem Leistungsanschluss 51 isoliert wird. Solche Zwischenisolationsschichten sind sehr brüchig, so dass bereits eine geringe mechanische Einwirkung zu Brüchen oder Rissen führen kann, welche die Ursache von Spannungsausfällen oder verringerter Lebensdauer der Isolation sein können. Nachteilig ist, dass der Sensor S Platz auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 benötigt.
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Ein Vorsprung 61, wie er in 4 dargestellt ist, kann beispielsweise auch vorgesehen werden, wenn der Sensor S an der dritten Position Z angeordnet ist. Durch das Vorsehen eines Vorsprungs 61 kann auch in diesem Fall eine verbesserte Stabilität des Leistungsanschlusses 51 erreicht werden.
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In 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Leistungshalbleitermoduls 1 mit einem Leistungsanschluss 51 dargestellt. Dabei sind die drei möglichen Positionen X, Y, Z des Stromsensors S auf dem inneren Abschnitt 51I, auf dem Verbindungsabschnitt 51V und auf dem äußeren Abschnitt 51A dargestellt.
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Wird der Stromsensor S an der dritten Position Z angeordnet, kann der innere Abschnitt 51I des Leistungsanschlusses 51 einen Kontaktabschnitt 54 aufweisen. Ein Leistungshalbleitermodul 1 mit einem solchen Kontaktabschnitt 54 ist in 7 dargestellt. Der Kontaktabschnitt 54 kann beispielsweise ein quadratischer oder rechteckiger Abschnitt sein, welcher über einen Steg 53 mit dem Leistungsanschluss 51 verbunden ist. Der Kontaktabschnitt 54 kann wie der innere Abschnitt 51I des Leistungsanschlusses 51 mittels einer Verbindungsschicht mit dem Leistungselektronik-Substrat 20 verbunden sein. Der Kontaktabschnitt 54 vergrößert somit die Auflagefläche des Leistungsanschlusses 51, wodurch sich dessen Stabilität erhöht. Der Steg 53 stellt eine Verjüngung des Leistungsanschlusses 51 dar.
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Ein Leistungsanschluss 51 mit einem Kontaktabschnitt 54 ist in 8 in größerem Detail dargestellt (Ausschnitt A in 7). Im äußeren Abschnitt 51A des Leistungsanschlusses 51 ist die Bohrung angedeutet, über welche (z.B. mittels einer Schraube) eine Verbindung beispielsweise mit einer externen Stromschiene hergestellt werden kann. Der Sensor S kann in einer derartigen Anordnung auf dem Steg 53 angeordnet sein. Der innere Abschnitt 51I des Leistungsanschlusses 51 kann über eine Verbindungsschicht 40 mechanisch mit dem Leistungselektronik-Substrat 20 verbunden sein. Der innere Abschnitt 51I hat in diesem Fall jedoch keine elektrische Funktion, sondern dient lediglich als Kontaktfläche („Anker“), um den Steg 53 vor Krafteinwirkungen, beispielsweise über den äußeren Abschnitt 51A, zu schützen. Der Leistungsanschluss 51 wird durch diesen „Anker“ fester mit dem Leistungselektronik-Substrat 20 verbunden und schützt den Leistungsanschluss 51 damit besser vor mechanischen Belastungen. Zudem verbessert er die Kühlung des Steges 53, an welchem sich die Stromlinien verdichten, da die erzeugte Verlustwärme im Bereich des Steges 53 nach zwei Seiten zum Leistungselektronik-Substrat 20 hin abgeleitet werden kann. Dadurch kann der thermische Widerstand halbiert werden im Vergleich zu dem thermischen Widerstand bei einer Anordnung des Stromsensors S an der zweiten Position Y. Die Stromlinien sind in 8 durch Pfeile angedeutet. Der Kontaktabschnitt 54 ist mittels Bonddrähten 91, 92, ..., 9n mit einer Leiterbahn 70 verbunden. Der über den Leistungsanschluss 51 fließende Strom fließt über den Kontaktabschnitt 54 von der bzw. zu der Leiterbahn 70. Die Leiterbahn 70 kann den Leistungsanschluss 51 beispielsweise mit einem Laststreckenanschluss eines auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 angeordneten Leistungshalbleiterschalters 21 verbinden. Bonddrähte eignen sich grundsätzlich zur elektrischen und thermischen Verbindung des Kontaktabschnitts 54 und den Leiterbahnen 70. In Anordnungen, in welchen der Kontaktabschnitt 54 beispielsweise ein massives Stanzteil (z.B. aus Kupfer mit einem Querschnitt von 8mm × 1mm) ist und die Leiterbahnen 70 aus einer wesentlich dünneren Metallisierungslage (z.B. mit einer Dicke von 200µm) auf der Oberseite des Leistungselektronik-Substrats 20 bestehen, können Bonddrähte vorteilhaft sein. Es ist jedoch auch möglich, die Leiterbahnen 70 direkt mittels einer ausreichend leitfähigen Verbindungsschicht mit dem Kontaktabschnitt 54 zu verbinden.
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Der Leistungsanschluss 51 mit dem inneren Abschnitt 51I, dem Steg 53 und dem Kontaktabschnitt 54 kann, wie in Bezug auf 6 bereits erläutert über eine Verbindungsschicht 40 (z.B. eine Lotschicht) direkt mit dem Leistungselektronik-Substrat 20 verbunden sein. Der Leistungsanschluss 51 kann jedoch auch in einem Abstand entfernt vom Leistungselektronik-Substrat 20 angeordnet sein, wie in 9 schematisch dargestellt. Der Leistungsanschluss 51 kann dann wiederum, wie mit Bezug auf 8 beschrieben, mittels Bonddrähten 91, 92, ..., 9n mit der Leiterbahn 70 verbunden sein, welche auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Platz unterhalb des inneren Abschnitts 51I, des Stegs 53 und des Kontaktabschnitts 54 verwendet werden, um dort beispielsweise weitere Bauteile oder Leiterbahnen anzuordnen.
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Zur Stabilisierung des Leistungsanschlusses 51 kann der Kontaktabschnitt 54 weiterhin eine „Verankerung“ 55 aufweisen, welche von dem Kontaktabschnitt 54 in den Modulrahmen 60 hineinragt und in diesem vergossen ist. Eine Anordnung bei welcher der Kontaktabschnitt 54 eine solche Verankerung 55 aufweist ist beispielhaft in 10 dargestellt. Der gesamte Leistungsanschluss 51 mit dem Steg, dem Kontaktabschnitt 54 und der Verankerung 55 kann einteilig ausgebildet sein. Der Leistungsanschluss 51 kann dabei, wie in 10 dargestellt, beispielsweise in der Draufsicht U-förmig ausgebildet sein. Eine Leiterbahn 70, die mit dem Kontaktabschnitt 54 über Bonddrähte 91, 92, ..., 9n verbunden ist kann beispielsweise entlang einer Querseite des Moduls 1 auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 verlaufen.
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Der Leistungsanschluss 51 kann jedoch auch beispielsweise in einer Ecke des Moduls 1 angeordnet sein. Eine derartige Anordnung ist beispielhaft in 11 dargestellt. Der Leistungsanschluss 51 ragt dabei weiterhin an der ersten Längsseite L1 aus dem Modulrahmen 60 heraus. Der innere Abschnitt 51I des Leistungsanschlusses 51 kann, ebenso wie der Steg 53, diagonal in Richtung einer Querseite des Moduls 1 verlaufen. Der sich anschließende Kontaktabschnitt 54 kann beispielsweise quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein und eine Verankerung 55 aufweisen, der auf der Querseite in den Modulrahmen 60 hineinragt und darin vergossen ist. Die Leiterbahn 70 kann beispielsweise parallel zur ersten Längsseite L1 verlaufen. Die dargestellten Anordnungen sind jedoch lediglich Beispiele. Je nach Anwendung und vorhandenem Platz auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 kann der Leistungsanschluss 51 auch beliebige andere Formen aufweisen und an anderen Stellen im Modul 1 angeordnet sein.
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Der Stromsensor S kann beispielsweise ein magnetischer Stromsensor (z.B. ein Hallsensor) oder ein Shunt-Stromsensor sein. Magnetische Stromsensoren messen einen elektrischen Strom indirekt über das von diesem erzeugte magnetische Feld. Somit ist die Messschaltung galvanisch von dem zu messenden Strom getrennt. Es sind dabei bereits verschiedene Stromsensoren mit magnetflussführendem Kern, sowie verschiedene kernlose Stromsensoren im Stand der Technik bekannt. Bei letzteren können Magnetfeldsensoren nahe einer Kante oder eines Schlitzes angeordnet werden. Sowohl Sensoren mit Kern, als auch Sensoren ohne Kern verjüngen den Leiterquerschnitt. Es treten dann Überhöhungen der Stromdichte und der daraus resultierenden Magnetfelder auf, welche von derartigen Magnetfeldsensoren gemessen werden können. Sind die geometrischen Abmessungen bekannt, kann mittels eines Kalibrierungsfaktors der zu bestimmende Strom ermittelt werden.
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Shunt-Stromsensoren messen den Spannungsabfall über einem elektrischen Leiter (Messwiderstand), wenn dieser von Strom durchflossen wird. Hierfür ist eine galvanische Kopplung des Sensors und des zu messenden Stromes erforderlich. Jedoch können bei Verwendung von Shunt-Stromsensoren die den gemessenen Strom repräsentierenden Daten beispielsweise durch induktive Kopplung an eine Auswerteschaltung übertragen werden, so dass die Auswerteschaltung galvanisch vom zu messenden Strom getrennt ist. Auch Shunt-Stromsensoren sind aus dem Stand der Technik an sich bekannt. Durch ein gut leitfähiges Material (z.B. Kupfer- oder Aluminiumlegierungen) und die geometrische Ausformung des Leistungsanschlusses 51 (bzw. eines Teils des Leistungsanschlusses) kann dabei der Messwiderstand repräsentiert werden. Der Stromsensor S kann in diesem Fall einen Temperatursensor aufweisen. Der Temperaturgang des spezifischen elektrischen Widerstandes kann dann mittels eines geeigneten Algorithmus bestimmt werden. Es ist jedoch auch möglich, den Leistungsanschluss 51 (bzw. einen Teil des Leistungsanschlusses) aus einem Material (z.B. spezielle Legierungen) zu fertigen, deren elektrische Leitfähigkeit im Wesentlichen keine Temperaturabhängigkeit aufweist.
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Wird ein magnetischer Sensor S zur Messung des Stromes eines Leistungsanschlusses 51 verwendet, so bietet die Anordnung des Sensors S auf dem Steg 53 den Vorteil, dass an dieser Verjüngung das Magnetfeld besonders stark ist, da sich die Stromlinien hier verdichten. Der Sensor S kann dabei über eine im Verhältnis zum Stromsensor S große Isolationsschicht 56 mit dem Steg 53 verbunden sein. Die Isolationsschicht 56 kann sich dabei beispielsweise über den Steg 53 hinaus erstrecken und auch Teile des Leistungselektronik-Substrats 20, des inneren Abschnitts 51I und des Kontaktabschnittes 54 bedecken. Die Isolationsschicht 56 kann beispielsweise aufgeklebt oder aufgelötet werden. Zum Auflöten kann die Isolationsschicht 56 beispielsweise feine Streifen aus Kupfer auf seiner dem Leistungselektronik-Substrat 20 zugewandten Seite aufweisen. Der Sensor S kann ebenfalls auf die Isolationsschicht 56 beispielsweise aufgeklebt oder aufgelötet werden. Die Isolationsschicht 56 kann auch auf ihrer Oberseite feine Streifen aus Kupfer aufweisen, zum Auflöten des Sensors S. Die Größe der Isolationsschicht 56 kann dabei derart gewählt werden, dass die Kriechstrecken zwischen dem Sensor S und dem Leistungsanschluss 51 möglichst groß sind.
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Der Sensor S kann, wie in 12 dargestellt, direkt mittels Bonddrähten Z10, Z11, ..., Z1n kontaktiert werden. Über die Bonddrähte Z10, Z11, ..., Z1n kann der Sensor S mit Bond-Pads Z1, Z2, ..., Zn verbunden werden, die auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 angeordnet sind. Von den Bond-Pads Z1, Z2, ..., Zn können Leiterbahnen beispielsweise parallel zu einer Querseite des Moduls 1 auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 bis zur gegenüberliegenden zweiten Längsseite L2 geführt sein. Auf diese Weise kann der Sensor S mit wenigstens einem der weiteren Anschlüsse 52 (siehe z.B. 2) an der zweiten Längsseite L2 verbunden werden. Einer der weiteren Anschlüsse 52 kann beispielsweise die den gemessenen Strom repräsentierenden Signale von dem Sensor S empfangen und diese zur weiteren Auswertung an entsprechende Auswerteeinheiten senden.
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Es ist jedoch nicht erforderlich, dass der Sensor S direkt über Bonddrähte Z10, Z11, ..., Z1n mit den Bond-Pads Z1, Z2, ..., Zn auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 verbunden wird. Die Bonddrähte Z10, Z11, ..., Z1n können beispielsweise auch die Bond-Pads Z1, Z2, ..., Zn mit dünnen Leiterbahnen auf der Isolationsschicht 56 verbinden. Dies ist in 13 schematisch dargestellt, wobei die dünnen Leiterbahnen aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden. Auf der Isolationsschicht 56 können die Leiterbahnen zum Sensor S führen. Der Sensor S kann mit den Leiterbahnen beispielsweise mittels so genannter Flip-Chip Montage (z.B. durch Löten) verbunden sein. Auf diese Weise ist eine aktive Oberfläche des Sensors S, welche die Bauelemente und Magnetfeldsensoren aufweist, dem Steg 53 zugewandt. Dies hat den Vorteil, dass sich der Abstand zwischen dem Steg 53 mit den Stromlinien und den Magnetfeldsensoren verringert und die Sensoren so größere Magnetfelder pro Ampere Strom messen können. Der Sensor S kann jedoch auch über weitere Bonddrähte (in 13 nicht dargestellt) mit den Leiterbahnen auf der Isolationsschicht 56 verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass die Bonddrähte Z10, Z11, ..., Z1n kürzer sein können, als bei einer direkten Kontaktierung des Sensors S. Die Schleifen der kürzeren Bonddrähte Z10, Z11, ..., Z1n ragen weniger hoch über das Leistungselektronik-Substrat, so dass eine geringere Füllhöhe des Isolationsgels im Gehäuse erforderlich ist. Dadurch können die Kosten des Leistungselektronik-Moduls 1 verringert werden.
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Wird ein Shunt-Stromsensor verwendet, so ist der Steg 53 nicht dafür erforderlich, um ein möglichst großes Magnetfeld zu erzeugen, sondern um den Widerstandswert des Sensors S einzustellen. Über dem Steg 53 fällt eine zum Widerstandswert proportionale Spannung ab. Dieser Spannungsabfall kann beispielsweise bis zu 1mV oder bis zu 10mV betragen. Der Sensor S kann über einen ersten Messdraht W10 mit einer ersten Seite des Stegs 53 und über einen zweiten Messdraht W11 mit einer zweiten Seite des Stegs 53 verbunden sein. So kann der Spannungsabfall über dem Steg 53 vom Sensor S erfasst werden (sog. Vierleitermessung). Ein Shunt-Stromsensor umfasst generell mehrere Komponenten wie zum Beispiel den Shunt (hier der Steg 53), die Messdrähte W10, W11 sowie ein Sensormodul, welches die Auswerteelektronik umfasst. Im Weiteren wird im Falle des Shunt-Stromsensors jedoch nur das Sensormodul mit der Elektronik als Sensor S bezeichnet. Eine derartige Anordnung ist beispielhaft in 14 dargestellt. Um eine galvanische Trennung des zu messenden Stromes und dem Sensor S mit der Auswerteelektronik herzustellen kann der Sensor S beispielsweise zwei Halbleiterchips aufweisen, welche eine Hochvolt-Seite und eine Niedervolt-Seite definieren. Daten können zwischen den beiden Chips beispielsweise über Transformatoren („coreless transformer“) übertragen werden. Auf diese Weise kann beispielsweise auch Energie zwischen den beiden Chips übertragen werden.
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Der Sensor S kann wiederum direkt über Bonddrähte Z10, Z11, ..., Z1n kontaktiert werden. Der Sensor S kann beispielsweise auf dem Kontaktabschnitt 54 angeordnet werden. Eine Anordnung der Auswerteelektronik auf dem Steg 53 bietet den Vorteil einer guten thermischen Kopplung des Sensors S und des Stegs 53. Der Sensor S kann so eine Eigenerwärmung im Bereich des Steges 53 genauer erfassen, wodurch mögliche Messfehler aufgrund der Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit des Stegs 53 besser korrigiert werden können. Bei einer Anordnung des Sensors S auf dem Kontaktabschnitt 54 ist die Distanz zu den Bond-Pads Z1, Z2, ..., Zn geringer als bei einer Anordnung oberhalb des Steges 53. Es ist jedoch auch möglich, wie in Bezug auf 13 beschrieben, den Sensor S über Leiterbahnen auf der Isolationsschicht 56 zu kontaktieren und Bonddrähte zwischen der Isolationsschicht 56 und den Bond-Pads vorzusehen.
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Wie bereits oben beschrieben, kann der Sensor S auch an der zweiten Position Y angeordnet und vom Modulrahmen 60 umschlossen sein. In 15 ist schematisch ein Ausschnitt eines derartigen Moduls 1 dargestellt. Der Modulrahmen 60 weist einen Vorsprung 61 auf, durch welchen der Verbindungsabschnitt 51V des Leistungsanschlusses 51 verläuft. Bei der Anordnung des Sensors S an der zweiten Position Y, kann der Steg 53 im Verbindungsabschnitt 51V des Leistungsanschlusses 51 angeordnet sein. Der Steg 53 liegt dann im Bereich des Vorsprungs 61 und ist vom Material des Modulrahmens 60 umschlossen. Der Sensor S kann auf dem Steg 53 angeordnet sein. Wird ein magnetischer Stromsensor S verwendet, so verdichten sich im Bereich des Steges wiederum die Stromlinien wodurch das magnetische Feld verstärkt wird. Ein Shunt-Stromsensor S kann auch im Bereich des Stegs 53 oder, wie in Bezug auf 14 beschrieben, beispielsweise auch im Bereich des Kontaktabschnitts 54 angeordnet sein. Der Sensor S kann mittels einer großen Isolationsschicht (z.B. aus Glas oder Polyimid) mit dem Leistungsanschluss 51 verbunden sein. Eine Isolationsschicht ist in 15 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt.
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Zur Kontaktierung des Sensors S sind Sensoranschlüsse im Vorsprung 61 angeordnet. Die Sensoranschlüsse können beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Der Sensor S ist mittels Bonddrähten Y10, Y11, ..., Yn mit den Sensoranschlüssen verbunden, wobei die Sensoranschlüsse hierfür Bond Pads Y1, Y2, ... Yn aufweisen können, um eine Bondverbindung herzustellen. Der Sensor S kann jedoch auch beispielsweise mittels Lötverfahren oder Klebeverfahren mit den Sensoranschlüssen verbunden werden. Der Sensor S kann mit den Sensoranschlüssen verbunden werden, bevor beides in den Modulrahmen 60 eingegossen wird. Die Sensoranschlüsse im Modulrahmen 60 können über weitere Bondverbindungen mit Leiterbahnen V1, V2, ..., Vn auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 verbunden werden. Auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 können die Leiterbahnen V1, V2, ..., Vn beispielsweise parallel zu den Querseiten bis zur zweiten Längsseite L2 verlaufen, wo sie mit wenigstens einem der weiteren Anschlüsse 52 (z.B. mittels Bondverbindungen) verbunden werden.
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Es ist jedoch auch möglich, Leiterbahnen W1, W2, Wn auf einer Leiterplatte 62 innerhalb des Modulrahmens 60 bis zur zweiten Längsseite L2 zu führen, wie in 16 dargestellt. Hierfür ist der Modulrahmen 60 über eine entsprechende Länge, insbesondere über einen Teil der Längsseiten L1, L2 und über die gesamte Querseite, breiter ausgeführt um die Leiterplatte 62 mit den Leiterbahnen W1, W2, Wn aufnehmen zu können. Es können beispielsweise mehrere Leistungsanschlüsse 51 mit der Leiterplatte 62 verbunden sein, falls eine Strommessung in mehr als einem Leistungsanschluss 51 erwünscht ist. Die Leiterplatte 62 weist z.B. eine L-Form auf und verläuft von den Leistungsanschlüssen 51 an der ersten Längsseite L1 über die Querseite bis zu den weiteren Anschlüssen 52 an der zweiten Längsseite L2 (in 16 nicht dargestellt). Indem die Leiterbahnen W1, W2, Wn auf der Leiterplatte 62 in dem Modulrahmen 60 geführt werden, wird hierfür kein zusätzlicher Platz auf dem Leistungselektronik-Substrat 20 benötigt.
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Die Leiterplatte 62 kann beispielsweise ein mehrschichtiges PCB sein (PCB = printed circuit board). Die Leiterbahnen können dabei auf einer Oberfläche des PCBs ausgeführt sein, sie können sich jedoch auch auf einer Schicht innerhalb des PCBs befinden. Liegen die Leiterbahnen innerhalb des PCBs, sind sie gut von den auf der ersten Längsseite L1 über dem PCB verlaufenden Leistungsanschlüssen 51 isoliert. Die Leiterbahnen können jedoch auch auf der der Leistungsanschlüssen 51 abgewandten Seite (z.B. der Unterseite) des PCBs ausgebildet sein, so dass eine noch bessere Isolation gegenüber den über dem PCB verlaufenden Leistungsanschlüssen 51 gegeben ist. Die Leistungsanschlüsse 51 können in einigen Ausführungsformen beispielsweise durch Löten mit der Leiterplatte 62 verbunden sein. Auf diese Weise kann die mechanische Stabilität der Leistungsanschlüsse 51 erhöht werden. Lötstellen können sich dabei beispielsweise an den beiden Enden des Steges 53 befinden. Die Lötstellen können derart angeordnet sein, dass der gesamte Strom durch den Steg 53 fließt und die Lötstellen keine Ungenauigkeiten bei der Messung verursachen.
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Die Leiterplatte 62 kann komplett in den Modulrahmen 60 eingegossen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass nur die Bereiche der Leiterplatte 62, in welchen eine Verbindung zu den Leistungsanschlüssen 51 oder wenigstens einem weiteren Anschluss 52 hergestellt wird vom Modulrahmen 60 umschlossen sind und weitere Teile der Leiterplatte 62, in welchen die Leiterbahnen verlaufen, nicht vom Modulrahmen 60 umschlossen sind. In einem PCB können pro Flächeneinheit mehr Leiterbahnen angeordnet sein als in dem Leistungselektronik-Substrat 20. Somit wird bei dieser Lösung weniger zusätzlicher Platz benötigt, als bei einer Anordnung der Leiterbahnen auf dem Leistungselektronik-Substrat 20, wie beispielsweise in Bezug auf 15 beschrieben. Bei allen beschriebenen Anordnungen wird der Verlauf der Kühlvorrichtung auf der Unterseite (und optional der Oberseite, entlang der ersten Oberfläche 201) des Moduls 1 nicht beeinträchtigt. Auf der Leiterplatte 62 können dabei optional auch passive Bauelemente wie beispielsweise Widerstände oder Kondensatoren angeordnet sein. Diese passiven Bauelemente können dadurch in der Nähe der Stromsensoren S platziert werden.
