DE102015213164A1 - Leistungselektronikanordnung, Wechselrichter mit einer Leistungselektronikanordnung - Google Patents

Leistungselektronikanordnung, Wechselrichter mit einer Leistungselektronikanordnung Download PDF

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Hermann Bäumel
Konrad Härder
Edmund Schirmer
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Abstract

Offenbart wird eine Leistungselektronikanordnung (LE), umfassend:
– mindestens eine Brückenschaltung mit mindestens zwei gehäuselosen Leistungshalbleiterschaltern (LS1, LS2);
– mindestens eine Stromschiene (SS2) zum Durchleiten von Strömen zu/von den Leistungshalbleiterschaltern (LS1, LS2);
– eine Ummantelung (UH) aus einem thermisch leitenden und elektrisch isolierenden Material;
– wobei die Leistungshalbleiterschalter (LS1, LS2) jeweils mindestens eine flächig ausgebildete elektrische Kontaktfläche (KF2; KF3) aufweisen und über die jeweilige Kontaktfläche (KF2; KF3) mit der Stromschiene (SS2) flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind;
– wobei die Ummantelung (UH) die Leistungshalbleiterschalter (LS1, LS2) und die Stromschiene (SS2) bis auf einen freiliegenden Endbereich (EB) der Stromschiene (SS2) mediendicht umschließt, wobei der Endbereich (EB) einen elektrischen Anschluss der Leistungselektronikanordnung (LE) ausbildet.

Description

  • Technisches Gebiet:
  • Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung und einen Wechselrichter mit einer genannten Leistungselektronikanordnung.
  • Stand der Technik:
  • Leistungselektronikanordnungen mit Leistungsbauelementen werden aufgrund der hohen Verlustleistungen bei den Leistungsbauelementen und der damit gebundenen Wärmeentwicklung in der Regel auf keramischen Schaltungsträgern (DCB) angeordnet, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Auf den keramischen Schaltungsträgern werden elektrische Leiterbahnen ausgebildet, über die die Leistungsbauelemente der Leistungselektronikanordnungen miteinander und mit externen elektrischen Komponenten elektrisch verbunden sind. Die keramischen Schaltungsträger sind teuer.
  • In manchen Anwendungsbereichen, wie z. B. im Automobilbereich, insb. im Bereich Hybridelektro-/Elektrofahrzeuge, ist eine bessere Wärmeabführung wünschenswert.
  • Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit zur effizienten und kostengünstigen Kühlung der Leistungsbauelemente bereitzustellen.
  • Beschreibung der Erfindung:
  • Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Leistungselektronikanordnung bereitgestellt.
  • Die Leistungselektronikanordnung umfasst mindestens eine Brückenschaltung mit mindestens zwei gehäuselosen Leistungshalbleiterschaltern. Die Leistungshalbleiterschalter weisen jeweils mindestens eine flächig ausgebildete elektrische Kontaktfläche auf.
  • Die Leistungselektronikanordnung umfasst ferner mindestens eine Stromschiene zum Durchleiten von Strömen zu oder von den Leistungshalbleiterschaltern. Die Leistungshalbleiterschalter sind über die jeweilige Kontaktfläche mit der Stromschiene flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden.
  • Die Leistungselektronikanordnung umfasst ferner eine Ummantelung aus einem thermisch leitenden und elektrisch isolierenden Material. Die Ummantelung ist um die Leistungshalbleiterschalter und die Stromschiene herum gespritzt und umschließt die Leistungshalbleiterschalter und die Stromschiene bis auf einen freiliegenden Endbereich der Stromschiene mediendicht, wobei der Endbereich einen elektrischen Anschluss der Stromschiene bzw. der Leistungselektronikanordnung ausbildet. Die Ummantelung ist vorzugsweise spritzgusstechnisch nahezu drucklos bzw. unter geringem Spritzdruck ausgeführt.
  • Durch die Ausführung der Leistungsbauelemente als gehäuselose Bauelemente und die unmittelbare flächige Verbindung zwischen den Leistungsbauelementen und der Stromschiene sowie die unmittelbare Umschließung der thermisch leitenden, als Wärmesenke wirkenden Ummantelung um die Leistungsbauelemente und die Stromschiene ermöglichen einen kurzen Wärmeübertragungsweg von den Leistungsbauelementen über die Stromschiene und die Ummantelung in die Umgebung.
  • Die Ummantelung kann dabei als Gießmasse in Spritzgussvorgang einfach und kostengünstig hergestellt werden um die Leistungsbauelemente und die Stromschiene herum gegossen werden.
  • Nach dem Erhärten bildet die Ummantelung mit den Leistungsbauelementen und der Stromschiene eine körperlich zusammenhängende Einheit, wobei die Ummantelung anstelle eines konventionellen Schaltungsträgers die Leistungsbauelemente und die Stromschiene trägt. Dabei verleiht die Ummantelung durch eigene mechanische Festigkeit den Leistungsbauelementen und der Stromschiene mechanischen Halt.
  • Dadurch ist eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, die Leistungsbauelemente effizient zu kühlen.
  • Die Ummantelung bedeckt die Leistungsbauelemente und die Stromschiene dünnschichtartig und ermöglicht somit einen kurzen Wärmeübertragungsweg. Die Ummantelung ist vorzugsweise genügend dick ausgeführt, um die Leistungsbauelemente und die Stromschiene voneinander und von der Umgebung elektrisch isolieren zu können. Zugleich ist die Ummantelung ausreichend dünn ausgeführt, um die Abwärme von den Leistungsbauelementen und der Stromschiene effizient abführen zu können.
  • Vorzugsweise besteht die Ummantelung aus einem Duroplast oder einem Thermoplast, wobei der Duroplast bzw. der Thermoplast thermisch leitend und elektrisch isolierend ist.
  • Alternativ besteht die Ummantelung vorzugsweise aus einer Keramik oder einem Verbundwerkstoff aus einer Keramik und einem Kunststoff, wobei die Keramik oder der Verbundwerkstoff thermisch leitend und elektrisch isolierend ist. Bei dem Verbundwerkstoff wird die Keramik bspw. als Partikel oder in Pulverform in dem Kunststoff enthalten oder als Matrix verlegt.
  • Die Ummantelung weist insb. eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,2, 0,5, 1 oder 2 W/(m·k) (Watt pro Meter und Kelvin).
  • Vorzugsweise weist die Ummantelung eine oberflächenvergrößernde Kühlstruktur auf, die bspw. rippen- oder fingerförmige Vorsprünge aufweist.
  • Vorzugsweise weist die Ummantelung auf zwei voneinander abgewandten Oberflächen die oberflächenvergrößernden Kühlstrukturen auf.
  • Vorzugsweise ist die Brückenschaltung eine Halbbrückenschaltung. Entsprechend umfassen die mindestens zwei Leistungshalbleiterschalter mindestens einen positivspannungsseitigen und mindestens einen negativspannungsseitigen Leistungshalbleiterschalter.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Wechselrichter bereitgestellt.
  • Der Wechselrichter umfasst einen Kühlkörper mit einem Kühlkanal zum Durchströmen eines Kühlmediums. Ferner umfasst der Wechselrichter mindestens eine zuvor beschriebene Leistungselektronikanordnung, wobei die Leistungselektronikanordnung in dem Kühlkanal von dem Kühlmedium durchströmbar (beströmbar) angeordnet ist. Dabei ragt der Endbereich der Stromschiene der Leistungselektronikanordnung aus dem Kühlkanal heraus. Dadurch können dieser Endbereich und somit auch die Leistungselektronikanordnung mit externen, außerhalb des Kühlkanals befindlichen elektrischen bzw. elektronischen Komponenten elektrisch leitend verbunden werden.
  • Vorzugsweise umfasst der Wechselrichter mindestens eine Steuerelektronikanordnung zum Steuern oder zum Regeln der Leistungselektronikanordnung. Die Steuerelektronikanordnung ist unmittelbar mit dem Endbereich der Stromschiene der Leistungselektronikanordnung mechanisch und elektrisch leitend verbunden.
  • Die Steuerelektronikanordnung ist vorzugsweise auf einer dem Kühlkanal abgewandten Oberfläche des Kühlkörpers angeordnet.
  • Der Kühlkörper weist auf der Oberfläche, wo die Steuerelektronikanordnung angeordnet ist, vorzugsweise mindestens einen Vorsprung zur Kühlung der Steuerelektronikanordnung auf, der bis zu einer Oberfläche der Steuerelektronikanordnung bzw. eines elektrischen Bauelements auf der Oberfläche der Steuerelektronikanordnung reicht und mit der Steuerelektronikanordnung bzw. mit dem Bauelement auf der Steuerelektronikanordnung thermisch leitend kontaktiert ist.
  • Der Wechselrichter umfasst vorzugsweise mindestens ein Dichtelement, idealerweise eine Festkörperdichtung, wie z. B. einen O-Ring, das zwischen dem Kühlkörper und der Ummantelung der Leistungselektronikanordnung angeordnet ist und den Kühlkanal mediendicht abdichtet.
  • Vorzugsweise umfasst der Wechselrichter mindestens zwei, insbesondere drei, sechs oder neun, der zuvor beschriebenen Leistungselektronikanordnungen, wobei die Ummantelungen der Leistungselektronikanordnungen miteinander einstückig ausgebildet sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Leistungselektronikanordnung sind, soweit im Übrigen auf den oben genannten Wechselrichter übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Wechselrichters anzusehen.
  • Beschreibung der Zeichnung:
  • Im Folgenden wird eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Wechselrichter WR (Inverter) bzw. einen Teil des Wechselrichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Der in der Figur dargestellte Wechselrichter WR bzw. ein Teil davon ist beispielsweise eine Komponente eines Elektroantriebs eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs.
  • Der Wechselrichter WR umfasst eine Leistungselektronikanordnung LE zum Bereitstellen von Phasenströmen für eine elektrische Maschine des Elektroantriebs und eine Steuerelektronikanordnung SE zum Steuern oder zum Regeln der Leistungselektronikanordnung LE.
  • Ferner umfasst der Wechselrichter WR einen Kühlkörper KP der aus zwei Teilen (zwei Kühlkörperschalen) besteht und in einem zusammengebauten Zustand einen Kühlkanal KK umschließt, durch den eine Kühlflüssigkeit zur Kühlung der Leistungselektronikanordnung LE und der Steuerelektronikanordnung SE fließt.
  • In dem Kühlkanal KK ist die Leistungselektronikanordnung LE von der Kühlflüssigkeit durchströmbar angeordnet. Das heißt, die Leistungselektronikanordnung LE befindet sich größtenteils in dem Kühlkanal KK und wird von der durch den Kühlkanal KK fließenden Kühlflüssigkeit umflossen.
  • Die Leistungselektronikanordnung LE umfasst eine Dreifach-Halbbrückenschaltung mit drei Halbbrücken, wobei jeder der drei Halbbrücken zwei Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 (einen positivspannungsseitigen und einen negativspannungsseitigen Leistungshalbleiterschalter, bspw. MOSFET-Transistoren oder IGBT-Transistoren) umfasst. Dabei sind die beiden Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 als gehäuselose Leistungsbauelemente ausgebildet und weisen auf zwei voneinander abgewandten Oberflächen jeweils eine elektrische Kontaktfläche KF1, KF2 bzw. KF3, KF4 auf, die elektrische Anschlüsse des Laststrompfades der jeweiligen Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 (also jeweils ein Drain- bzw. ein Source-Anschluss eines MOSFET-Transistors bzw. jeweils ein Kollektor- bzw. ein Emitter-Anschluss eines IGBT-Transistors) ausbilden. Die Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 weisen auf einer der beiden Oberflächen jeweils eine dritte elektrische Kontaktfläche auf, die einen elektrischen Steueranschluss der jeweiligen Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 (also ein Gate-Anschluss eines MOSFET-Transistors oder eines IGBT-Transistors) ausbilden. Diese dritten elektrischen Kontaktflächen sind in der Figur nicht abgebildet.
  • Jede der drei Halbrücken umfasst ferner fünf Stromschienen SS1, SS2, SS3, wobei in der Figur nur drei Stromschienen abgebildet sind. Die Stromschienen SS1, SS2, SS3 sind aus einem Kupferblech gestanzt und sind in jeweiligen Erstreckungsrichtung (bzw. in dem Querschnitt des Wechselrichters WR betrachtet) L-förmig gebogen.
  • Ein erster (positivspannungsseitiger) Leistungshalbleiterschalter LS1 ist über eine erste elektrische Kontaktfläche KF1 mit einer ersten Stromschiene SS1 flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Die erste Stromschiene SS1 bildet hier eine positive Stromversorgungsleitung für die Halbbrücke aus. Über eine zweite elektrische Kontaktfläche KF2 ist der erste Leistungshalbleiterschalter LS1 mit einer zweiten Stromschiene SS2 flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Die zweite Stromschiene SS2 bildet hier eine Phasenstromleitung für die Halbbrücke aus. Über die in der Figur nicht dargestellte dritte elektrische Kontaktfläche ist der erste Leistungshalbleiterschalter LS1 mit einer weiteren in der Figur nicht abgebildeten Stromschiene flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Diese nicht abgebildete Stromschiene bildet hier eine Steuerleitung für den ersten Leistungshalbleiterschalter LS1 aus.
  • Ein zweiter (negativspannungsseitiger) Leistungshalbleiterschalter LS2 ist über eine erste elektrische Kontaktfläche KF3 mit der zweiten Stromschiene SS2 flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Über eine zweite elektrische Kontaktfläche KF4 ist der zweite Leistungshalbleiterschalter LS2 mit einer dritten Stromschiene SS3 flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Die dritte Stromschiene SS3 bildet hier eine negative Stromversorgungsleitung für die Halbbrücke aus. Über die in der Figur nicht dargestellte dritte elektrische Kontaktfläche ist der zweite Leistungshalbleiterschalter LS2 mit einer weiteren in der Figur nicht abgebildeten Stromschiene flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden. Diese weitere nicht abgebildete Stromschiene bildet hier eine Steuerleitung für den zweiten Leistungshalbleiterschalter LS2 aus.
  • Dadurch bilden die Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 und die fünf Stromschienen SS1, SS2, SS3 eine sandwichartige Konstruktion aus, die je eine Halbbrücke der dreifachen Brückenschaltung der Leistungselektronikanordnung LE ausbildet.
  • Um die drei sandwichartigen Konstruktionen der drei Halbbrücken der Leistungselektronikanordnung LE ist eine Moldmasse umgossen, die nach dem Erhärten eine Ummantelung UH für die Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 und die Stromschienen SS1, SS2, SS3 ausbildet. Dabei besteht die Ummantelung UH aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Duroplast und umschließt die Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 und die Stromschienen SS1, SS2, SS3 bis auf jeweils einen freiliegenden, nicht mit den Leistungshalbleiterschaltern LS1, LS2 unmittelbar körperlich berührenden Endbereich EB der Stromschienen SS1, SS2, SS3 vollständig und mediendicht umschließt. Die Endbereiche EB sind über Spalten zwischen den beiden Teilen des Kühlkörpers KP aus dem Kühlkanal KK hinausgeführt.
  • Damit isoliert die Ummantelung UH die Leistungshalbleiterschalter LS1, LS2 und die Stromschienen SS1, SS2, SS3 voneinander und von der durch den Kühlkanal KK fließenden Kühlflüssigkeit elektrisch. Zugleich leitet die Ummantelung UH die Abwärme, die während des Betriebs der Leistungselektronikanordnung LE in den Leistungshalbleiterschaltern LS1, LS2 und den Stromschienen SS1, SS2, SS3 entsteht, an die Kühlflüssigkeit.
  • Auf zwei von den Leistungshalbleiterschaltern LS1, LS2 abgewandten Oberflächen weist die Ummantelung UH oberflächenvergrößernde Kühlstrukturen KS auf, die aus rippen- oder fingerförmigen Vorsprüngen ausgebildet sind. Diese oberflächenvergrößernde Kühlstrukturen KS erzeugen einen strömungsoptimierten turbulenten Durchfluss in der durch den Kühlkanal KK fließenden Kühlflüssigkeit. Andererseits stellt diese Kühlstrukturen KS eine größere Wärmeübergangsfläche von der Leistungselektronikanordnung LE zu der Kühlflüssigkeit her.
  • Die Leistungselektronikanordnung LE ist als ein Einlegeteil in dem Kühlkanal KK angeordnet. Während des Betriebs des Wechselrichters WR umströmt die Kühlflüssigkeit die Leistungselektronikanordnung LE nimmt von der Leistungselektronikanordnung LE bzw. der Ummantelung UH Abwärme auf, die in den Leistungshalbleiterschaltern LS1, LS2 bzw. in den Stromschienen SS1, SS2, SS3 erzeugt wird.
  • Der Wechselrichter WR weist eine Anzahl von Dichtelementen OR, wie z. B. O-Ringen, auf, die zwischen dem Kühlkörper KP bzw. den Teilen des Kühlkörpers KP und der Ummantelung UH angeordnet sind und den Kühlkanal KK mediendicht abdichten.
  • Auf einer dem Kühlkanal KK abgewandten Oberfläche OF1 des Kühlkörpers KP ist die Steuerelektronikanordnung SE angeordnet. Dabei ist die Steuerelektronikanordnung SE mit den Endbereichen EB der Stromschienen SS1, SS2, SS3, die aus dem Kühlkanal KK herausgeführt sind, unmittelbar mechanisch und elektrisch leitend verbunden.
  • Die Steuerelektronikanordnung SE umfasst eine Anzahl von elektrischen Bauelementen BE, darunter auch ein Leistungsbauelement, wie z. B. ein Leistungskondensator.
  • Auf der Oberfläche OF1 weist der Kühlkörper KP einen Vorsprung VS auf, der in Richtung der Steuerelektronikanordnung SE hin vorsteht und mit einem auf einer dem Kühlkörper KP zugewandten Oberfläche OF2 angeordneten Bauelement BE, vorzugsweise dem Leistungselektronikbauelement, körperlich und somit thermisch leitend kontaktiert ist.

Claims (11)

  1. Leistungselektronikanordnung (LE), umfassend: – mindestens eine Brückenschaltung mit mindestens zwei gehäuselosen Leistungshalbleiterschaltern (LS1, LS2); – mindestens eine Stromschiene (SS2) zum Durchleiten von Strömen zu/von den Leistungshalbleiterschaltern (LS1, LS2); – eine Ummantelung (UH) aus einem thermisch leitenden und elektrisch isolierenden Material; – wobei die Leistungshalbleiterschalter (LS1, LS2) jeweils mindestens eine flächig ausgebildete elektrische Kontaktfläche (KF2; KF3) aufweisen und über die jeweilige Kontaktfläche (KF2; KF3) mit der Stromschiene (SS2) unmittelbar flächig, mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind; – wobei die Ummantelung (UH) die Leistungshalbleiterschalter (LS1, LS2) und die Stromschiene (SS2) umspritzt ist und die Leistungshalbleiterschalter (LS1, LS2) und die Stromschiene (SS2) bis auf einen freiliegenden Endbereich (EB) der Stromschiene (SS2) unmittelbar mediendicht umschließt, wobei der Endbereich (EB) einen elektrischen Anschluss der Leistungselektronikanordnung (LE) ausbildet.
  2. Leistungselektronikanordnung (LE) nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung (UH) aus einem Duroplast besteht.
  3. Leistungselektronikanordnung (LE) nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung (UH) aus einer Keramik besteht.
  4. Leistungselektronikanordnung (LE) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ummantelung (UH) eine oberflächenvergrößernde Kühlstruktur (KS) aufweist.
  5. Leistungselektronikanordnung (LE) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brückenschaltung eine Halbbrückenschaltung ist.
  6. Wechselrichter (WR), umfassend: – einen Kühlkörper (KP) mit einem Kühlkanal (KK) zum Durchströmen eines Kühlmediums; – mindestens eine Leistungselektronikanordnung (LE) nach einem der vorangehenden Ansprüche; – wobei die Leistungselektronikanordnung (LE) in dem Kühlkanal (KK) von dem Kühlmedium durchströmbar angeordnet ist, wobei der Endbereich (EB) aus dem Kühlkanal (KK) herausragt.
  7. Wechselrichter (WR) nach Anspruch 6, ferner umfassend mindestens eine Steuerelektronikanordnung (SE) zum Steuern oder zum Regeln der Leistungselektronikanordnung (LE), wobei die Steuerelektronikanordnung (SE) unmittelbar mit dem Endbereich (EB) mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
  8. Wechselrichter (WR) nach Anspruch 7, wobei die Steuerelektronikanordnung (SE) auf einer dem Kühlkanal (KK) abgewandten Oberfläche (OF1) des Kühlkörpers (KP) angeordnet ist.
  9. Wechselrichter (WR) nach Anspruch 8, wobei der Kühlkörper (KP) auf der Oberfläche (OF1) mindestens einen Vorsprung (VS) zur Kühlung der Steuerelektronikanordnung (SE) aufweist, der bis zu einer Oberfläche (OF2) der Steuerelektronikanordnung (SE) reicht und mit der Steuerelektronikanordnung (SE) thermisch leitend kontaktiert ist.
  10. Wechselrichter (WR) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner umfassend mindestens ein Dichtelement (OR), das zwischen dem Kühlkörper (KP) und der Ummantelung (UH) angeordnet ist und den Kühlkanal (KK) mediendicht abdichtet.
  11. Wechselrichter (WR) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend mindestens zwei Leistungselektronikanordnungen (LE) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ummantelungen (UH) der Leistungselektronikanordnungen (LE) miteinander einstückig ausgebildet sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113725176A (zh) * 2020-05-11 2021-11-30 保时捷股份公司 用于电动机器的功率电子器件、动力传动系、机动车辆
CN116131047A (zh) * 2023-04-04 2023-05-16 武汉嘉晨电子技术有限公司 一种汽车bdu电连接件、汽车bdu以及bdu散热方法
DE102022208100A1 (de) 2022-08-04 2024-02-15 Zf Friedrichshafen Ag Inverteraufbau eines Inverters eines Leistungselektronikmoduls zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Kraftfahrzeugs

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1109432A1 (de) * 1999-12-17 2001-06-20 Pace Micro Technology Ltd Wärmeableitung in elektrischem Gerät
US20060022355A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Takayuki Murai Power module and electric transportation apparatus incorporating the same
US20070096278A1 (en) * 2005-08-19 2007-05-03 Hitachi, Ltd. Semiconductor unit, and power conversion system and on-vehicle electrical system using the same
US20080186751A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-07 Takeshi Tokuyama Power conversion apparatus
US20090231811A1 (en) * 2008-03-11 2009-09-17 Hitachi. Ltd. Electric Power Conversion Apparatus
US20100065950A1 (en) * 2008-09-15 2010-03-18 Lowry Michael J Leaded semiconductor power module with direct bonding and double sided cooling
US20110122583A1 (en) * 2009-11-23 2011-05-26 Delphi Technologies, Inc. Immersion cooling apparatus for a power semiconductor device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1109432A1 (de) * 1999-12-17 2001-06-20 Pace Micro Technology Ltd Wärmeableitung in elektrischem Gerät
US20060022355A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Takayuki Murai Power module and electric transportation apparatus incorporating the same
US20070096278A1 (en) * 2005-08-19 2007-05-03 Hitachi, Ltd. Semiconductor unit, and power conversion system and on-vehicle electrical system using the same
US20080186751A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-07 Takeshi Tokuyama Power conversion apparatus
US20090231811A1 (en) * 2008-03-11 2009-09-17 Hitachi. Ltd. Electric Power Conversion Apparatus
US20100065950A1 (en) * 2008-09-15 2010-03-18 Lowry Michael J Leaded semiconductor power module with direct bonding and double sided cooling
US20110122583A1 (en) * 2009-11-23 2011-05-26 Delphi Technologies, Inc. Immersion cooling apparatus for a power semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113725176A (zh) * 2020-05-11 2021-11-30 保时捷股份公司 用于电动机器的功率电子器件、动力传动系、机动车辆
US11996349B2 (en) 2020-05-11 2024-05-28 Dr. Ing. H. C. F. Porsche Ag Power electronics for an electrical machine, drivetrain, motor vehicle
DE102022208100A1 (de) 2022-08-04 2024-02-15 Zf Friedrichshafen Ag Inverteraufbau eines Inverters eines Leistungselektronikmoduls zum Betreiben eines Elektroantriebs eines Kraftfahrzeugs
CN116131047A (zh) * 2023-04-04 2023-05-16 武汉嘉晨电子技术有限公司 一种汽车bdu电连接件、汽车bdu以及bdu散热方法
CN116131047B (zh) * 2023-04-04 2023-09-15 武汉嘉晨电子技术有限公司 一种汽车bdu电连接件、汽车bdu以及bdu散热方法

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