DE102015111204B4 - Leistungselektronisches Modul mit Lastanschlusselementen - Google Patents
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Abstract
Leistungselektronisches Modul (1) mit einer Grundplatte (4, 400, 402), mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger (5, 500, 502, 504) der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte (4) elektrisch isolierten, Leiterbahnen (52) aufweist, wobei auf einer dieser Leiterbahnen (52) ein Leistungshalbleiterbauelement (6) angeordnet ist, und mit einem Lastanschlusselement (7), wobei die Grundplatte (4) eine durchgehende erste Ausnehmung (48) und der Schaltungsträger (5) eine durchgehende zweite Ausnehmung (58) aufweist, wobei die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) zueinander fluchtend angeordnet sind, wobei das Lastanschlusselement (7, 700, 702) eine erste Kontakteinrichtung (72), die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche (530) der der Grundplatte (4) abgewandten Seite der Leiterbahn (52) befindet, eine zweite Kontakteinrichtung (76) zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers (5) und einen durch die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) hindurchreichenden Verbindungsabschnitt (74) zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung (72, 76) aufweist und wobei um den Verbindungsabschnitt (74) des Lastanschlusselements (7), diesen umschließend ein Stromsensor (9) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung beschreibt ein leistungselektronisches Modul mit einer Grundplatte, einem Gehäuse sowie Lastanschlusselementen, die bevorzugt auch als Steckkontakte ausgeführt sein können.
- Aus dem Stand der Technik, beispielhaft offenbart in der
DE 10 2004 025 609 A1 ist eine Anordnung in Schraub- Druckkontaktierung mit einer Leiterplatte und einem Leistungshalbleitermodul bekannt. Die Leiterplatte weist ein isolierendes Substrat mit darauf angeordneten Leiterbahnen auf. Das Leistungshalbleitermodul weist ein isolierendes Kunststoffgehäuse, ein hierin angeordnetes Substrat mit Leiterbahnen und hierauf angeordneten und schaltungsgerecht verbundenen Leistungshalbleiterbauelementen auf. Weiterhin weist das Leistungshalbleitermodul Leistungs- und Hilfsanschlüsse wie Gate-, Hilfsemitter- oder Sensoranschlüsse auf. Die Leistungsanschlüsse sind hierbei als Schraubanschlüsse ausgebildet und die Hilfsanschlüsse sind druckkontaktiert mit Kontaktfedern ausgebildet. Die Schrauben der Schraubkontaktierung der Leistungsanschlüsse reichen durch Ausnehmungen der Leiterplatte hindurch und bilden die Druckeinleitung für die Hilfsanschlüsse. Wie hier dargestellt und im übrigen fachüblich reichen die Lastanschlüsse seitlich oder an der Oberseite durch das Gehäuse, fachüblich ein Kunststoffgehäuse, des Leistungshalbleitermoduls hindurch. - Aus der
DE 199 00 603 A1 ist ein elektronisches Halbleitermodul bekannt, welches ein Trägersubstrat mit einer elektrisch isolierenden Schicht, einer auf der Oberseite der isolierenden Schicht angeordneten Metallschicht, in der durch Strukturieren Leiterbahnen ausgebildet sind, und einen auf die Unterseite der isolierenden Schicht aufgebrachten metallischen Kühlkörper sowie wenigstens ein auf dem Trägersubstrat angeordnetes Halbleiterbauelement aufweist. Die elektrisch isolierende Schicht ist mit wenigstens einer Aussparung versehen, weiterhin ist wenigstens eine auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Oberseite des Halbleiterbaulementes vorgesehene Anschlußfläche mit einem Kontaktelement elektrisch verbunden, welches durch die Aussparung hindurch direkt auf den metallischen Kühlkörper kontaktiert ist. - Die
US 2005 / 0 087 849 A1 DE 198 07 718 A1 und dieUS 2007 / 0 188 692 A1 - Die
DE 10 2009 024 369 A1 offenbart ein leistungselektronisches System mit einer Umhausung, einer Kühleinrichtung, einer Stromrichterschaltung, einem Kondensator sowie ersten und zweiten internen und externen Verbindungseinrichtungen, wobei die Stromrichterschaltung ein Substrat mit einer Mehrzahl hierauf angeordneter und mittels der ersten internen Verbindungseinrichtung schaltungsgerecht verbundener Leistungshalbleiterbauelemente aufweist. Die erste interne Verbindungseinrichtung ist mit zugeordneten Anschlusselementen der Kondensatoren und zweiten internen Verbindungseinrichtungen verbunden. Die Umhausung umschließt zusammen mit der Kühleinrichtung die Stromrichterschaltung, die Kondensatoren und die internen Verbindungseinrichtungen, wobei der hierbei entstandene Innenraum mittels eines Isolierstoffes gefüllt ist. Weiterhin sind die Öffnungen an denen die ersten und zweiten Verbindungseinrichtungen die Umhausung oder die Kühleinrichtung durchdringen gegen Umwelteinflüsse abgedichtet. - In Kenntnis der genannten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes leistungselektronisches Modul vorzustellen, wobei die Lastanschlusselemente als Steckkontakte ausgebildet sein können und zudem im Inneren des Leistungshalbleitermoduls zusätzlicher Raum für weitere Komponenten geschaffen werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein leistungselektronisches Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
- Das erfindungsgemäße leistungselektronische Modul ist in einer ersten Alternative ausgebildet mit einer Grundplatte, mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger, der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte elektrisch isolierten, Leiterbahnen ausbildet, wobei auf einer dieser Leiterbahnen ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist, und mit einem Lastanschlusselement. Hierbei weist die Grundplatte eine durchgehende erste Ausnehmung und der Schaltungsträger eine durchgehende zweite Ausnehmung auf, wobei die erste und zweite Ausnehmung zueinander fluchtend angeordnet sind. Das Lastanschlusselement weist eine erste Kontakteinrichtung, die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche der der Grundplatte abgewandten Seite der Leiterbahn befindet, eine zweite Kontakteinrichtung zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers und einen durch die erste und zweite Ausnehmung hindurchreichenden Verbindungsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung auf.
- Das erfindungsgemäße leistungselektronische Modul ist in einer zweiten Alternative ausgebildet mit einer Grundplatte, mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger, der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte elektrisch isolierten, Leiterbahnen, wobei auf einer dieser Leiterbahnen ein Leistungshalbleiterbauelement angeordnet ist, mit einer internen Verbindungseinrichtung, die ausgebildet ist als ein Folienverbund einer elektrisch isolierenden und einer in sich strukturierten und Leiterbahnen ausbildenden elektrisch leitenden Folie, und mit einem Lastanschlusselement. Hierbei weist die Grundplatte eine durchgehende erste Ausnehmung und die Verbindungseinrichtung eine durchgehende dritte Ausnehmung aufweist, wobei die erste und dritte Ausnehmung zueinander fluchtend angeordnet sind. Das Lastanschlusselement weist eine erste Kontakteinrichtung, die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche der der Grundplatte abgewandten Seite der Leiterbahn der Verbindungseinrichtung befindet, eine zweite Kontakteinrichtung zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers und einen durch die erste und dritte Ausnehmung hindurchreichenden Verbindungsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung auf.
- Grundsätzlich können bei Vorliegen mehrerer Lastanschlusselemente auch bei genannten Alternativen in einem leistungselektronischen Modul vorhanden sein.
- Unter einer durchgehenden Ausnehmung soll hier und im Folgenden eine Ausnehmung verstanden werden, die durch einen Gegenstand von einer zur gegenüber liegenden Seite hindurch reicht.
- Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale, insbesondere das Leistungshalbleitermodul und das Lastanschlusselement, mehrfach in dem jeweiligen erfindungsgemäßen Modul vorhanden sein.
- Durch die Ausgestaltung des leistungselektronischen Modul gemäß einer der beiden Alternativen ist es einfach möglich die zweite Kontakteinrichtung als Steckverbindung auszubilden. Zudem ist nun sehr einfach möglich im Bauraum oberhalb des Schaltungsträgers weitere Komponenten, insbesondere eine Kondensatoreinrichtung, anzuordnen.
- Bevorzugt ist es, wenn die Grundplatte als eine Kühleinrichtung, vorzugsweise als eine Luftkühleinrichtung mit einer Mehrzahl von Kühlfingern oder Kühlfinnen, ausgebildet ist. Alternativ kann, insbesondere bei hohen Leistungen oder einem hohen Integrationsgrad des Schaltungsträger, die Grundplatte auch als Flüssigkeitskühleinrichtung ausgebildet sein. In der einfachsten Ausgestaltung der Grundplatte ist diese dazu ausgebildet auf einer externen Kühleinrichtung angeordnet zu werden.
- Der Schaltungsträger ist bevorzugt ausgebildet als ein Substrat mit keramischer Isolationseinrichtung, insbesondere als ein AMB- oder ein DCB-Substrat, oder als ein Leadframe, der zur elektrischen Isolation zur Grundplatte eine Isolationsfolie aufweist. Alternativ hierzu kann die Grundplatte und der Schaltungsträger gemeinsam als ein IMS-Substrat ausgebildet sind. Hierbei bilden die Grundplatte und der Schaltungsträger eine integrale Einheit.
- Das leistungselektronische Modul weist bevorzugt ein auf der Grundplatte angeordnetes ein- oder mehrteiliges, vorzugsweise becherartiges, Gehäuse auf.
- Insbesondere bevorzugt ist es, wenn eine Isolationseinrichtung zur elektrischen Isolierung des Lastanschlusselements, insbesondere dessen Verbindungsabschnitts, zur Grundplatte im Bereich der ersten Ausnehmung angeordnet ist.
- Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt und damit das Lastanschlusselement selbst mittels einer Befestigungseinrichtung zur Grundplatte fixiert. Hierbei kann die Befestigungseinrichtung eine kraftschlüssige Verbindung des ersten Kontaktabschnitts mit der zugeordneten Kontaktfläche der Leiterbahn ausbilden. Vorzugsweise ist die Befestigungseinrichtung als eine Schraube ausgebildet, die auf ein Schraubgewinde des Verbindungsabschnitts des Lastanschlusselements einwirkt. Durch diese Ausgestaltung kann der Schaltungsträger auf die Grundplatte gedrückt werden, wodurch der Wärmeübergang aus dem Schaltungsträger zur Grundplatte wesentlich verbessert wird.
- Erfindungsgemäß ist um den Verbindungsabschnitt des Lastanschlusselements, diesen vorzugsweise teilweise umschließend, ein Stromsensor angeordnet. Unter teilweise umschließen ist hier insbesondere zu verstehen, dass der Verbindungsabschnitt nicht in seiner gesamten Länge von dem Stromsensor umschlossen wird.
- Es kann hierbei vorteilhaft sein, wenn der Stromsensor auf der der Grundplatte abgewandten Seite des Schaltungsträgers oder der Verbindungseinrichtung angeordnet ist. Hierzu kann die erste Kontakteinrichtung becherförmig ausgebildet sein, wodurch diese den Stromsensor somit umschließt. Alternativ hierzu kann die erste Kontakteinrichtung jochartig, U-förmig oder bügelförmig ausgebildet ist, wodurch diese den Stromsensor nur teilweise umschließt.
- Es kann außerdem vorteilhaft sein, wenn der Stromsensor teilweise oder vollständig in einer, vorzugsweise nicht durchgängigen, Erweiterung der ersten Ausnehmung der Grundplatte angeordnet ist.
- Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend genannten und erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Weitere Erläuterung der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den
1 bis8 dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Moduls oder von Teilen hiervon. -
-
1 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine erste Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls in Explosionsdarstellung. -
2 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine zweite Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls. -
3 zeigt zur Erläuterung der Erfindung eine dritte Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls. -
4 und5 zeigen Ausgestaltungen der ersten Alternative des leistungselektronischen Moduls jeweils mit einem Stromsensor. -
6 und7 zeigen verschiedene Ausgestaltungen des Schaltungsträgers eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls. -
8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der ersten Alternative des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls. -
1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls1 in Explosionsdarstellung. Dargestellt ist eine Grundplatte4 , hier ausgebildet als eine Luftkühleinrichtung400 mit einer Mehrzahl von Kühlfinnen. Die Grundplatte4 weist weiterhin eine durchgehende erste Ausnehmung48 auf. Diese erste Ausnehmung48 reicht von einer Hauptfläche auf der ein Schaltungsträger5 angeordnet ist durch die Grundplatte4 hindurch. Auf der Hauptfläche, auf der der Schaltungsträger5 angeordnet ist, ist zusätzlich in fachüblicher Weise eine Wärmeleitpaste42 vorgesehen. - Weiterhin dargestellt ist ein Schaltungsträger
5 , hier ausgebildet als ein fachübliches DCB-Substrat500 mit einem flächigen keramischen Isolierstoffkörper54 und auf dessen Oberflächen angeordneten metallischen Kaschierungen52 ,56 . Die der Grundplatte4 abgewandte metallische Kaschierung ist in sich strukturiert und bildet die Leiterbahnen52 des Schaltungsträgers5 aus. - Auf den Leiterbahnen
52 des Schaltungsträgers5 sind, wiederum fachüblich Leistungshalbleiterbauelemente6 angeordnet und schaltungsgerecht mittels einer internen Verbindungseinrichtung8 miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Verbindungseinrichtung8 ist hier ausgebildet als ein fachüblicher Folienverbund800 zweier elektrisch leitenden Folien82 ,86 , mit einer dazwischen angeordneten elektrisch isolierenden Folie84 . Die elektrisch leitenden Folien sind in sich strukturiert und bilden eigenen Leiterbahnen82 ,86 der Verbindungseinrichtung8 aus. Es können, wenn schaltungstechnisch notwendig auf Durchkontaktierungen zwischen den leitenden Folien82 ,86 vorgesehen sein. - Weiterhin weist der Schaltungsträger
5 eine zweite durchgehende Ausnehmung58 auf, die von der Oberfläche der oberen metallischen Kaschierung52 durch den Isolierstoffkörper54 zur Oberfläche der zweiten metallischen Kaschierung56 reicht. Diese zweite Ausnehmung58 fluchtet mit der ersten Ausnehmung48 der Grundplatte4 . Hierbei ist es allerdings nicht notwendig, dass beide Ausnehmungen48 ,58 den gleichen Durchmesser aufweisen. Wesentlich ist, dass ein Lastanschlusselement7 durch beide hindurch reichen kann. Seitlich benachbart zur zweiten Ausnehmung58 ist eine Kontaktfläche530 zur elektrischen Verbindung mit einem Lastanschlusselement7 angeordnet. - Dieses Lastanschlusselement
7 ,700 ist hier rotationssymmetrisch und im Querschnitt T-förmig ausgebildet und weist eine erste und eine zweite Kontakteinrichtung72 ,76 sowie einen diese verbindenden Verbindungsabschnitt74 auf. Die erste Kontakteinrichtung72 befindet sich in elektrisch leitenden Kontakt mit einer Leiterbahn52 des Schaltungsträgers5 , indem sich die Kontaktfläche730 der ersten Kontakteinrichtung72 mit der zugeordneten Kontaktfläche530 der Leiterbahn52 in elektrische leitendem Kontakt befindet. Der Verbindungsabschnitt74 reicht durch die erste und zweite Ausnehmung48 ,58 und somit durch den Schaltungsträger5 und die Grundplatte4 hindurch und endet in dem zweiten Kontaktabschnitt76 , der sich auf der dem Schaltungsträger5 abgewandten Seite der Grundplatte4 befindet und als Steckkontakt ausgebildet ist. - Zur Fixierung des Lastanschlusselements
7 ist weiterhin eine Schraube742 dargestellt, deren exakte Funktion in der Beschreibung zur4 erläutert ist. - Weiterhin dargestellt ist ein einteiliges becherartiges Gehäuse
3 , das mit seitlichen Abschnitten auf der Grundplatte4 aufliegt, wodurch der Schaltungsträger5 im Inneren des leistungselektronischen Moduls1 angeordnet ist. Das Gehäuse3 weist weiterhin eine Ausnehmung30 für ein als Federkontakt32 ausgebildetes Hilfsanschlusselement, das beispielhaft Sensorsignale überträgt, auf. -
2 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls1 , die im Wesentlichen analog derjenigen gemäß1 ist. Der wesentliche Unterschied besteht in der Ausgestaltung des Schaltungsträgers5 und der davon grundsätzlich unabhängigen unterschiedlichen Ausgestaltung der internen Verbindungseinrichtung8 . - Der Schaltungsträger
5 ist hier ausgebildet als ein Leadframe502 , also als ein dünner flächiger und in sich strukturierter Metallformkörper, der durch diese Strukturierung einzelne Leiterbahnen52 ausbildet. Zur elektrischen Isolation insbesondere zur Grundplatte ist eine, im Wesentlichen unstrukturierte, Isolationsfolie54 zwischen der Grundplatte4 und den Leiterbahnen52 angeordnet. Eine dieser Leiterbahnen52 und somit auch die Isolationsfolie54 weist eine zweite Ausnehmung58 , diejenige des Schaltungsträgers5 auf. Diese zweite Ausnehmung58 fluchtet wiederum mit der ersten Ausnehmung48 der Grundplatte4 . - Die interne Verbindungseinrichtung
8 ist hier in fachüblicher Weise als Drahtbondverbindung802 ausgebildet. -
3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines leistungselektronischen Moduls2 . Hierbei sind wiederum die Grundplatte4 , das Gehäuse3 und das Lastanschlusselement6 wie zu1 beschrieben ausgebildet. Der Schaltungsträger5 weist eine Isolierkeramik54 und darauf angeordnete Leiterbahnen52 auf. Auf diesen Leiterbahnen52 sind Leistungshalbleiterbauelemente6 angeordnet und grundsätzlich gleich zu1 schaltungsgerecht mittels eines Folienverbunds800 elektrisch leitend verbunden. - Dieser Folienverbund
800 dient hier allerdings zusätzlich auch der Verbindung mit dem Lastanschlusselement7 . Hierzu überragt der Folienverbund800 den Schaltungsträger5 seitlich. In diesem Bereich, in dem der Folienverbund800 den Schaltungsträger5 überragt, dient die elektrisch isolierende Folie84 der Isolation der ersten, oberen elektrisch leitenden Folie82 zur Grundplatte4 . Durch diese beiden Folien82 ,84 reicht nun eine durchgehende dritte Ausnehmung88 , fluchten mit der ersten Ausnehmung48 der Grundplatte4 zur Anordnung des Lastanschlusselements7 . - Die Kontaktfläche
730 der ersten Kontakteinrichtung72 befindet sich hierbei in elektrisch leitendem Kontakt mit der zugeordneten Kontaktfläche830 der Leiterbahn82 der Verbindungseinrichtung800 . -
4 und5 zeigen Ausgestaltungen der ersten Alternative des leistungselektronischen Moduls1 jeweils mit einem Stromsensor9 . In4 ist wiederum eine Grundplatte4 ausgebildet als Luftkühleinrichtung400 dargestellt. Diese weist die bereits beschriebene durchgehende erste Ausnehmung48 auf. Der Schaltungsträger5 ist analog demjenigen zu3 ausgebildet, während die interne Verbindungseinrichtung8 analog derjenigen gemäß2 ausgebildet ist. - Zusätzlich dargestellt ist eine Isolationseinrichtung
46 die durch die erste und zweite Ausnehmung48 ,58 hindurchreicht und der elektrischen Isolation des Verbindungsabschnitts74 des Lastanschlusselements7 zur Grundplatte4 dient. Hierbei ist ein gewisser Überlapp der Isolationseinrichtung46 dargestellt, der zur Sicherstellung notwendiger Isolationsabstände, sog. Luft- und Kriechstrecken, dient. - Die erste Kontakteinrichtung
72 des Lastanschlusselements7 ist hier rotationssymmetrisch und becherartig ausgebildet. Die erste Kontakteinrichtung72 weist somit einen zylindermantelförmige730 Kontaktfläche zur zugeordneten Kontaktfläche530 der Leiterbahn52 des Schaltungsträgers5 auf. Von dieser ersten Kontakteinrichtung72 steht mittig der Verbindungsabschnitt74 des Lastanschlusselements7 weg, der durch einen Stromsensor9 hindurchreicht. Dieser Stromsensor9 ist somit in der becherartigen ersten Kontakteinrichtung72 oberhalb des Schaltungsträgers5 angeordnet. Die notwendigen Anschüsse des Stromsensor9 werden entweder über den Schaltungsträger5 oder mittels isolierter Durchführung durch die becherartige ersten Kontakteinrichtung72 ausgebildet. - Der Stromsensor
9 umschließt wie beschrieben den Verbindungsabschnitt74 teilweise. In seinem weiteren Verlauf reicht der Verbindungsabschnitt74 durch die erste und zweite Ausnehmung48 ,58 hindurch. Im Anschluss daran weist der Verbindungsabschnitt74 ein Schraubgewinde744 auf, das annährend bis an die zweite Kontakteinrichtung76 des Lastanschlusselements7 heranreicht. - Zur sicheren elektrischen Druckkontaktierung der jeweiligen Kontaktflächen
530 ,730 der ersten Kontakteinrichtung72 und der Leiterbahn52 des Schaltungsträgers5 wird der Verbindungsabschnitt74 zur Grundplatte4 fixiert. Hierzu wirkt eine Schraubenmutter742 auf das Schraubgewinde744 des Verbindungsabschnitts74 ein. Vorzugweise um eine dauerhafte Krafteinwirkung sicher zu stellen ist eine Feder746 , hier eine Tellerfeder, als Druckspeicher zwischen Schraubenmutter742 und Isolationseinrichtung46 und damit der Grundplatte4 angeordnet. Zusätzlich wird hierdurch, falls erforderlich oder falls vorteilhaft, der Schaltungsträger5 gegen die Grundplatte4 gedrückt, wodurch ein hervorragender thermischer Kontakt ausgebildet wird, durch den Abwärme vom Schaltungsträger5 auf die Grundplatte4 abgeführt werden kann. -
5 zeigt ein Modul1 , das im Wesentlichen analog demjenigen gemäß4 ausgebildet ist. Unterschiedlich, allerdings funktional nicht notwendigerweise zusammenwirkend, unterscheidet sich der Schaltungsträger5 , die Lage des Stromsensors9 und damit die Form der ersten Kontakteinrichtung72 des Lastanschlusselements7 , sowie die Ausbildung der Grundplatte4 von derjenigen gemäß4 . Der Schaltungsträger5 ist hier analog demjenigen gemäß2 ausgebildet, während die Grundplatte4 als Flüssigkeitskühleinrichtung402 ausgebildet ist. Dargestellt sind exemplarisch drei Kühlflüssigkeitskanäle. - Der Stromsensor
9 ist in einer die erste Ausnehmung48 der Grundplatte4 erweiternden jedoch selbst nicht durchgehenden weiteren Ausnehmung480 angeordnet. Der Stromsensor9 kann hierbei vollständig, wie dargestellt, in dieser weiteren Ausnehmung480 angeordnet sein oder, wie nicht dargestellt, in Richtung des Schaltungsträger5 aus der Grundplatte4 hervorstehen. - Bei der dargestellten Ausgestaltung kann die erste Kontakteinrichtung
72 einfacher als gemäß4 ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass die erste Kontakteinrichtung72 sicher elektrisch kontaktierend auf einer Leiterbahn52 des Schaltungsträgers5 aufliegt. Sie muss allerdings nicht notwendigerweise nur auf Leiterbahnen52 aufliegen. -
6 und7 zeigen verschiedene Ausgestaltungen des Schaltungsträgers5 eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls1 . Dargestellt ist jeweils eine Draufsicht auf die Grundplatte4 mit angeordnetem Schaltungsträger5 . - In
6 ist der Schaltungsträger5 analog zu4 ausgebildet und weist einem keramische Isolierstoffkörper54 mit drei hierauf angeordneten Leiterbahnen52 auf. Jeder dieser Leiterbahnen52 weist hier zwei Kontaktflächen530 auf, die benachbart zu den ersten und zweiten Ausnehmungen48 ,58 angeordnet sind. - In
7 ist der Schaltungsträger5 grundsätzlich gemäß5 ausgebildet, weist hier allerdings einzelne Isolationsfolien54 auf, auf denen sich die Leiterbahnen52 des Leadframes502 befinden. Links und benachbart neben den zueinander flüchtenden ersten und zweiten Ausnehmungen48 ,58 ist je Ausnehmung ebenfalls jeweils eine Isolationsfolie54 mit hierauf befindlicher Leiterbahn52 angeordnet. Diese Leiterbahnen52 befinden sich allerdings nicht in elektrisch leitendem Kontakt mit einem Leistungshalbleiterbauelement6 oder weiteren Leiterbahnen des Schaltungsträgers. Auch eine derartige Ausgestaltung soll im Rahmen dieser Erfindung unter dem Begriff der durch den Schaltungsträger durchgehenden zweiten Ausnehmung verstanden werden. -
8 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der ersten Alternative des erfindungsgemäßen leistungselektronischen Moduls1 , zur Übersichtlichkeit ohne Gehäuse. Dargestellt ist eine als Luftkühleinrichtung400 ausgebildete Grundplatte4 . Auf dieser Grundplatte4 ist ein Schaltungsträger5 in Form eines DCB-Substrats500 angeordnet, auf dessen Leiterbahnen52 sich Leistungshalbleiterbauelemente6 befinden und schaltungsgerecht verbunden sind. - Weiterhin dargestellt ist eine Kondensatoreinrichtung
34 zur Gleichspannungsversorgung der auf dem Schaltungsträger5 ausgebildeten leistungselektronischen Schaltung, sowie eine Ansteuereinrichtung36 zur Steuerung der Leistungshalbleiterbauelemente6 . - Zur externen Kontaktierung der leistungselektronischen Schaltung sind drei Lastanschlusselemente
7 angeordnet, die jeweils durch eine zweite Ausnehmung58 des Substratträger58 wie auch durch eine hierzu fluchtende erste Ausnehmung48 der Grundplatte4 , hier der Luftkühleinrichtung400 , nach außen hindurchreichen. - Zur Kontaktierung mit den jeweiligen Leiterbahnen
52 weisen die Lastanschlusselemente7 bügelförmige erste Kontakteinrichtungen72 auf. Zwei dieser ersten Kontakteinrichtungen72 umgreifen jeweils einen zugeordneten Stromsensor9 . Durch diesen Stromsensor9 hindurch reicht der von der ersten Kontakteinrichtung72 ausgehende Verbindungsabschnitt74 des jeweiligen Lastanschlusselements7 . Im weiteren sind die Lastanschlusselement7 ausgebildet wie zu4 beschrieben.
Claims (14)
- Leistungselektronisches Modul (1) mit einer Grundplatte (4, 400, 402), mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger (5, 500, 502, 504) der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte (4) elektrisch isolierten, Leiterbahnen (52) aufweist, wobei auf einer dieser Leiterbahnen (52) ein Leistungshalbleiterbauelement (6) angeordnet ist, und mit einem Lastanschlusselement (7), wobei die Grundplatte (4) eine durchgehende erste Ausnehmung (48) und der Schaltungsträger (5) eine durchgehende zweite Ausnehmung (58) aufweist, wobei die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) zueinander fluchtend angeordnet sind, wobei das Lastanschlusselement (7, 700, 702) eine erste Kontakteinrichtung (72), die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche (530) der der Grundplatte (4) abgewandten Seite der Leiterbahn (52) befindet, eine zweite Kontakteinrichtung (76) zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers (5) und einen durch die erste und zweite Ausnehmung (48, 58) hindurchreichenden Verbindungsabschnitt (74) zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung (72, 76) aufweist und wobei um den Verbindungsabschnitt (74) des Lastanschlusselements (7), diesen umschließend ein Stromsensor (9) angeordnet ist.
- Leistungselektronisches Modul (2) mit einer Grundplatte (4, 400, 402), mit einem hierauf angeordneten Schaltungsträger (5, 500, 502, 504), der eine Mehrzahl von, von der Grundplatte (4) elektrisch isolierten, Leiterbahnen (52) aufweist, wobei auf einer dieser Leiterbahnen (52) ein Leistungshalbleiterbauelement (6) angeordnet ist, mit einer internen Verbindungseinrichtung (8, 800, 802), die ausgebildet ist als ein Folienverbund einer elektrisch isolierenden (84) und einer in sich strukturierten und Leiterbahnen ausbildenden elektrisch leitenden Folie (82, 86), und mit einem Lastanschlusselement (7, 700, 702), wobei die Grundplatte (4) eine durchgehende erste Ausnehmung (48) und die Verbindungseinrichtung (8) eine durchgehende dritte Ausnehmung (88) aufweist, wobei die erste und dritte Ausnehmung (48, 88) zueinander fluchtend angeordnet sind, wobei das Lastanschlusselement (7) eine erste Kontakteinrichtung (72), die sich in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Kontaktfläche (830) der der Grundplatte (4) abgewandten Seite der Leiterbahn (82) der Verbindungseinrichtung (8) befindet, eine zweite Kontakteinrichtung (76) zur externe Kontaktierung des Schaltungsträgers (5) und einen durch die erste und dritte Ausnehmung (48, 88) hindurchreichenden Verbindungsabschnitt (74) zwischen der ersten und zweiten Kontakteinrichtung (72, 76) aufweist und wobei um den Verbindungsabschnitt (74) des Lastanschlusselements (7), diesen umschließend ein Stromsensor (9) angeordnet ist.
- Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundplatte (4) als eine Kühleinrichtung (400, 402), vorzugsweise eine Luftkühleinrichtung (400) mit einer Mehrzahl von Kühlfingern oder Kühlfinnen, ausgebildet ist.
- Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsträger (5) ausgebildet ist als ein Substrat (500, 504) mit keramischer Isolationseinrichtung, insbesondere als ein AMB- oder ein DCB-Substrat, oder als ein Leadframe (502), der zur elektrischen Isolation zur Grundplatte (4) eine Isolationsfolie (54) aufweist.
- Modul nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die Grundplatte (4) und der Schaltungsträger (5) gemeinsam als ein IMS-Substrat ausgebildet sind. - Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul ein auf der Grundplatte (4) angeordnetes ein- oder mehrteiliges, vorzugsweise becherartiges, Gehäuse (3) aufweist.
- Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Isolationseinrichtung (46) zur elektrischen Isolierung des Lastanschlusselements (7), insbesondere dessen Verbindungsabschnitts (74), zur Grundplatte (4) im Bereich der ersten Ausnehmung (48) angeordnet ist.
- Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbindungsabschnitt (74) und damit das Lastanschlusselement (7) mittels einer Befestigungseinrichtung (742, 744) zur Grundplatte (4) fixiert ist.
- Modul nach
Anspruch 8 , wobei die Befestigungseinrichtung (742, 744) eine kraftschlüssige Verbindung der Kontaktfläche (730) der ersten Kontakteinrichtung (72) mit der zugeordneten Kontaktfläche (530) der Leiterbahn (52, 82) ausbildet. - Modul nach
Anspruch 8 oder9 , wobei die Befestigungseinrichtung (742, 744) als eine Schraubverbindung ausgebildet ist, wobei eine Schraubenmutter (742) auf ein Schraubgewinde (744) des Verbindungsabschnitts (74) des Lastanschlusselements (7) einwirkt. - Modul nach
Anspruch 1 oder2 , wobei der Stromsensor (9) auf der der Grundplatte (4) abgewandten Seite des Schaltungsträgers (5) oder der Verbindungseinrichtung (800) angeordnet ist. - Modul nach
Anspruch 1 ,2 oder11 , wobei die erste Kontakteinrichtung (72) becherförmig ausgebildet ist und den Stromsensor (9) umschließt. - Modul nach
Anspruch 1 ,2 oder11 , wobei die erste Kontakteinrichtung (72) jochartig, U-förmig oder bügelförmig ausgebildet ist und den Stromsensor (9) teilweise umschließt. - Modul nach
Anspruch 1 oder2 , wobei der Stromsensor (9) in einer, vorzugsweise nicht durchgängigen, Erweiterung (480) der ersten Ausnehmung (48) der Grundplatte (4) angeordnet ist.
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