DE102015219071B3

DE102015219071B3 - Power module with heat sink

Info

Publication number: DE102015219071B3
Application number: DE102015219071.4A
Authority: DE
Inventors: Toni Riepl; Reinhard Tendler; Thomas Schmid
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2035-10-03

Abstract

Es wird Leistungsmodul (10) mit Kühlkörper (20) beschrieben, wobei das Leistungsmodul (10) eine Leistungsschaltung (30) mit mindestens einer ersten Wärmeabgabefläche (32) aufweist sowie einen Kühlkörper (20) und einen Deckel (40). Der Deckel (40) drückt unmittelbar oder über ein Zwischenstück (160) die Leistungsschaltung (30) auf den Kühlkörper (20). Die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche (32) der Leistungsschaltung (30) wird dadurch auf den Kühlkörper (20) gedrückt.Power module (10) with heat sink (20) is described, wherein the power module (10) has a power circuit (30) with at least one first heat dissipation surface (32) and a heat sink (20) and a cover (40). The cover (40) presses the power circuit (30) onto the heat sink (20) directly or via an intermediate piece (160). The at least one first heat delivery surface (32) of the power circuit (30) is thereby pressed onto the heat sink (20).

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Es wird ein Leistungsmodul beschrieben, das insbesondere zur Steuerung von hohen Strömen verwendet werden kann. Das Leistungsmodul eignet sich für den Einsatz in Fahrzeugen, die einen elektrischen Antrieb oder eine elektrische Antriebskomponente aufweisen.A power module is described which can be used in particular for the control of high currents. The power module is suitable for use in vehicles having an electric drive or an electric drive component.

Mit zunehmender Leistung der elektrischen Antriebe von Fahrzeugen (d. h. von Elektrofahrzeugen) und der elektrischen Antriebskomponenten von Fahrzeugen (insbesondere von Hybridfahrzeuge) und dem allgemeinen Wunsch, die Integrationsdichte ergeben zu erhöhen, ergeben sich neue Herausforderung für den elektrisch und thermisch günstigen Aufbau von elektrischen Leistungsmodulen. Ferner besteht allgemein der Wunsch nach einfachen Herstellungsprozessen und nach einem kostengünstigen Design.With increasing performance of the electric drives of vehicles (i.e., electric vehicles) and the electric drive components of vehicles (especially hybrid vehicles) and the general desire to increase the integration density, new challenges arise for the electrical and thermal construction of electric power modules. Furthermore, there is a general desire for simple manufacturing processes and for a low cost design.

Die Druckschrift DE 10 2005 035 378 B3 zeigt ein Gehäuse, bei dem über anliegenden Sicken Bauelemente gegen Wärmeableitflächen des Gehäuses gedrückt werden.The publication DE 10 2005 035 378 B3 shows a housing in which overlying beads components are pressed against heat dissipation surfaces of the housing.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Mit dem Leistungsmodul nach Anspruch 1 kann zumindest einer der genannten Aufgaben entgegengekommen werden. Weitere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche bzw. mit den im Weiteren dargestellten Merkmale, Eigenschaften und Ausführungsformen.With the power module according to claim 1, at least one of the stated tasks can be accommodated. Other embodiments will become apparent with the features of the subclaims or with the features, properties and embodiments shown below.

Das hier beschriebene Leistungsmodul weist einen Deckel auf, der eine zu kühlende Leistungsschaltung auf einen Kühlkörper drückt. Neben der Schutzfunktion des Deckels weist er daher darüber hinaus die Funktion auf, die Leistungsschaltung mit dauerhaftem Druck mit dem Kühlkörper zu verbinden. Auch bei Vibrationen kann sich die Leistungsschaltung gegenüber dem Kühlkörper nicht bewegen, so dass der Wärmekontakt unterbrochen werden würde, da der Deckel in elastischer Weise auf den Kühlkörper drückt.The power module described here has a lid which presses a power circuit to be cooled onto a heat sink. In addition to the protective function of the lid, therefore, it also has the function to connect the power circuit with permanent pressure to the heat sink. Even with vibrations, the power circuit with respect to the heat sink can not move, so that the thermal contact would be interrupted, since the lid presses in an elastic manner on the heat sink.

Entweder kann der Deckel selbst elastisch sein oder es kann ein elastisches Zwischenstück vorgesehen sein, mit dem der Deckel die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper drückt, oder beides. Zwischen der Stelle, an der die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper gedrückt wird und dem Deckel befindet sich die Leistungsschaltung bzw. ein (verschließbarer) Hohlraum des Leistungsmoduls, in dem sich die Leistungsschaltung befindet. Dadurch ist die Leistungsschaltung geschützt.Either the cover itself may be elastic or it may be provided an elastic intermediate piece with which the cover presses the power circuit on the heat sink, or both. Between the point where the power circuit is pressed onto the heat sink and the lid is the power circuit or a (closable) cavity of the power module in which the power circuit is located. This protects the power circuit.

Die hier beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine Befestigung mit einfachen Mitteln, wobei insbesondere nicht an jeder Seite oder an zwei gegenüberliegenden Seiten des Deckels eine Schraub- oder Schnappverbindung vorgesehen sein muss. Vielmehr kann der Deckel etwa über einen Formschluss mit einer Seite des Kühlkörpers verbunden sein, wobei die gegenüberliegende Seite beispielsweise eine Schnappverbindung („Snap-In”) oder auch eine Schraubverbindung aufweisen kann. Daher ergibt sich eine relativ kostengünstige Herstellung, wobei auch der Herstellungsprozess durch die geringe Anzahl an Teilen vereinfacht ist. Der Deckel drückt in elastischer Weise die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper, in dem der Deckel selbst und/oder vorzugsweise ein elastisches Zwischenstück zwischen Deckel und Leistungsschaltung die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper drückt.The procedure described here allows attachment by simple means, in particular, not on each side or on two opposite sides of the lid, a screw or snap connection must be provided. Rather, the cover may be connected via a positive connection with one side of the heat sink, wherein the opposite side may have, for example, a snap connection ("snap-in") or a screw connection. Therefore, there is a relatively inexpensive production, whereby the manufacturing process is simplified by the small number of parts. The cover elastically presses the power circuit onto the heat sink, in which the cover itself and / or preferably an elastic intermediate piece between the cover and the power circuit presses the power circuit onto the heat sink.

Das hier beschriebene Leistungsmodul ist insbesondere ein elektrisches Leistungsmodul, vorzugsweise zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen in einem Fahrzeug, insbesondere von Traktionsmaschinen oder Startern bzw. Generatoren bzw. Starter/Generatoren in einem Fahrzeug. Es können jedoch auch andere Lasten innerhalb eines Fahrzeugbordnetzes vorgesehen sein, die das Leistungsmodul ansteuern. Zur Steuerung des Stroms weist das Leistungsmodul eine Leistungsschaltung auf. Diese hat mindestens eine erste Wärmeabgabefläche. Die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche kann gebildet werden von einer Oberfläche eines Leistungsbauelements (Halbleiter und/oder passives Bauelement wie Spule, Widerstand oder Kondensator) Die Wärmeabgabefläche befindet sich an einer Gehäuseaußenseite der Leistungsschaltung oder eines Halbleiters oder an einer wärmeabgebenden Fläche eines ungehäusten Halbleiters. Insbesondere kann die Wärmeabgabefläche von einer Kühlfahne gebildet werden. Zudem kann sich die Wärmeabgabefläche an einer Seite des Bauelements befinden, die zu einem Träger der Leistungsschaltung (etwa einer Leiterplatte) hin weist. Der Träger weist an dieser Stelle vorzugsweise eine Öffnung auf, durch die hindurch das Bauelement mit dem Kühlkörper thermisch verbunden wird (direkt, über eine Wärmeleitschicht, etwa aus Wärmeleitpaste, oder mittels eines Wärmeleitkörpers bzw. Wärmespreizers bzw. mittels einer Erhebung des Kühlkörpers, der sich zur Leistungsschaltung bzw. zum betreffenden Bauelement (oder dessen Wärmeabgabefläche) hin erstreckt.The power module described here is in particular an electric power module, preferably for controlling electric machines in a vehicle, in particular traction machines or starters or generators or starter / generators in a vehicle. However, other loads may also be provided within a vehicle electrical system that drive the power module. For controlling the current, the power module has a power circuit. This has at least a first heat transfer surface. The at least one first heat releasing surface may be formed from a surface of a power device (semiconductor and / or passive device such as coil, resistor or capacitor). The heat dissipating surface is located on a case outside of the power circuit or a semiconductor or on a heat dissipating surface of a bare semiconductor. In particular, the heat transfer surface may be formed by a cooling lug. In addition, the heat-dissipating surface may be located on a side of the device facing a carrier of the power circuit (such as a circuit board). The support preferably has an opening at this location, through which the component is thermally connected to the heat sink (directly, via a heat conduction layer, for example of thermal compound, or by means of a heat conduction body or heat spreader or by means of a survey of the heat sink, the itself to the power circuit or to the relevant component (or its heat transfer surface) extends out.

Die Leistungsschaltung umfasst insbesondere Transistoren oder Thyristoren, vorzugsweise Feldeffekttransistoren wie MOSFETs oder GBTs. Die Leistungsschaltung kann insbesondere einen Inverter, einen Leistungswandler oder einen Gleichrichter darstellen. Die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche ist eine Außenseite eines Leistungshalbleiters, insbesondere einer Diode, eines Transistors oder eines Thyristors, vorzugsweise eines Feldeffekttransistors, etwa ein MOSFET, oder eines IGBTs. Es können mehrere erste Wärmeabgabeflächen vorgesehen sein. Wenn die Leistungsschaltung beispielsweise als drei phasiger Inverter vorgesehen ist, können drei oder sechs erste Wärmeabgabeflächen vorgesehen sein, die von Halbleiter-Leistungsbauelementen etwa einer Voll- oder Halbwellenbrücke gebildet werden. Zudem kann die Leistungsschaltung als H-Brücke ausgebildet sein, oder Ähnliches.The power circuit comprises in particular transistors or thyristors, preferably field-effect transistors such as MOSFETs or GBTs. The power circuit may in particular represent an inverter, a power converter or a rectifier. The at least one first heat-emitting surface is an outer side of a power semiconductor, in particular a diode, a transistor or a thyristor, preferably a field effect transistor, such as a MOSFET, or an IGBT. It may be provided a plurality of first heat emitting surfaces. For example, if the power circuit is provided as a three-phase inverter, three or six first heat-emitting surfaces formed by semiconductor power devices such as a full or half-wave bridge may be provided. In addition, the power circuit may be formed as an H-bridge, or the like.

Die Wärmeabgabefläche ist insbesondere eben, oder komplementär zu einem Abschnitt des Kühlkörpers ausgebildet, sodass die Wärmeabgabefläche und dieser Abschnitt flächig miteinander kontaktiert werden können. Die Wärmeabgabefläche kann gemäß einer standardisierten Gehäusebauform ausgebildet sein. Der Abschnitt des Kühlkörpers ist daran angepasst bzw. entsprechend konturiert, damit sich eine möglichst große Wärmeübertragungsfläche ergibt.The heat-dissipating surface is in particular flat, or complementary to a section of the heat sink, so that the heat-dissipating surface and this section can be contacted flatly with one another. The heat transfer surface may be formed according to a standardized housing design. The section of the heat sink is adapted thereto or contoured accordingly, so as to give the largest possible heat transfer surface.

Ferner ist ein Kühlkörper vorgesehen, insbesondere ein Aluminiumkühlkörper. Dieser weist eine Oberfläche auf, die an die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche angrenzt. Diese Oberfläche kann als eine Innenseite des Kühlkörpers bzw. des Leistungsmoduls ausgebildet sein. Es befindet sich die Leistungsschaltung in einem Hohlraum des Leistungsmoduls, an den die Innenseite angrenzt. Die Oberfläche kann konturiert sein und der Form des Leistungsmodules folgen. Der entstehende Spalt kann mit wärmeleitfähigem Material verfüllt sein. Die Oberfläche kann erhabene Auflage Stellen für das Leistungsmodul aufweisen. Gegenüberliegend von der Stelle, an der die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper gedrückt wird, befindet sich ein Abschnitt des Deckels, sodass der Deckel und der Kühlkörper zusammen (ggf. mit zusätzlichen Wandelementen oder Wandabschnitten) einen Hohlraum bilden.Furthermore, a heat sink is provided, in particular an aluminum heat sink. This has a surface adjacent to the at least one first heat transfer surface. This surface may be formed as an inner side of the heat sink or the power module. It is the power circuit in a cavity of the power module, adjacent to the inside. The surface can be contoured and follow the shape of the power module. The resulting gap can be filled with thermally conductive material. The surface may have raised support points for the power module. Opposite the point at which the power circuit is pressed onto the heat sink, there is a section of the lid, so that the lid and the heat sink together (possibly with additional wall elements or wall sections) form a cavity.

Die Wärmeabgabefläche ist direkt thermisch gekoppelt mit dem Kühlkörper bzw. dessen Oberfläche. Als direkte thermische Kopplung wird insbesondere ein direktes Angrenzen der Wärmeabgabefläche an den Kühlkörper bezeichnet, eine direkte Kopplung, bei der eine Wärmeleitschicht (etwa aus Wärmeleitpaste) diese beiden Komponenten (d. h. Wärmeabgabefläche und Kühlkörper) miteinander thermisch verbindet, oder eine direkte Kopplung, bei der ein Wärmeleitkörper, etwa ein Kupfer- oder Metallkörper die beiden Komponenten direkt oder über eine Wärmeleitschicht und/oder Lötschicht miteinander verbindet. Der Wärmeleitkörper kann eine Platte oder ein (körperlich eigenständiger) Sockel sein, wobei auch eine Erhebung bzw. ein Sockel vorgesehen sein kann, der Teil des Kühlkörpers ist (etwa durch einstückige Ausbildung). Diese Erhebung bzw. dieser Sockel erstreckt sich zur Wärmeabgabefläche hin.The heat dissipation surface is directly thermally coupled to the heat sink or its surface. As a direct thermal coupling in particular a direct abutment of the heat transfer surface is referred to the heat sink, a direct coupling, in which a heat conducting layer (such as thermal grease) thermally interconnects these two components (ie heat transfer surface and heat sink), or a direct coupling, in a Heat conducting body, such as a copper or metal body which connects the two components directly or via a heat conducting layer and / or solder layer. The heat-conducting body may be a plate or a (physically independent) base, wherein also a survey or a pedestal may be provided, which is part of the heat sink (such as by one-piece design). This survey or this base extends to the heat transfer surface.

Schließlich weist das Leistungsmodul einen Deckel auf, der selbst elastisch ist, oder der nicht elastisch ausgeführt ist, sofern sich ein elastisches Zwischenstück innerhalb des Leistungsmoduls befindet, wie es im Weiteren dargestellt ist. Der Deckel kann insbesondere ein Aluminium- oder vorzugsweise Stahldeckel sein, insbesondere aus einem Stahlblech. Der Deckel weist eine Dicke auf bzw. ein Metallfederelement, der bzw. das im montierten Zustand einen zur dauerhaften Befestigung geeigneten Druck hervorruft, mit dem die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper gedrückt wird.Finally, the power module has a cover which itself is elastic, or which is not elastic, provided that an elastic intermediate piece is located within the power module, as shown below. The cover may in particular be an aluminum or preferably steel cover, in particular of a sheet steel. The lid has a thickness or a metal spring element which, when mounted, causes a pressure suitable for permanent attachment with which the power circuit is pressed onto the heat sink.

Der Deckel kann unmittelbar die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper drücken, wenn der Deckel auf dem Kühlkörper montiert ist. Hierbei wird die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche der Leistungsschaltung auf den Kühlkörper gedrückt. Die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche ist eine Oberfläche der Leistungsschaltung, die dem Kühlkörper zugewandt ist.The lid can immediately press the power circuit onto the heat sink when the lid is mounted on the heat sink. In this case, the at least one first heat transfer surface of the power circuit is pressed onto the heat sink. The at least one first heat releasing surface is a surface of the power circuit facing the heat sink.

Ferner kann ein elastisches Zwischenstück vorgesehen sein, wobei der Deckel über dieses elastische Zwischenstück (etwa ein elastischer Kunststoff oder ein metallenes Federelement) die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper drückt. Auch hierbei wird durch die Kraftübertragung durch die Leistungsschaltung hindurch die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche der Leistungsschaltung auf den Kühlkörper gedrückt. Insbesondere wird hierbei die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche der Leistungsschaltung auf eine Wärmeabgabefläche des Kühlkörpers gedrückt, die insbesondere eine Oberseite oder vorzugsweise eine Innenseite des Kühlkörpers ist.Furthermore, an elastic intermediate piece may be provided, wherein the cover presses the power circuit onto the heat sink via this elastic intermediate piece (for example an elastic plastic or a metal spring element). Here, too, the at least one first heat-emitting surface of the power circuit is pressed onto the heat sink by the power transmission through the power circuit. In particular, in this case the at least one first heat-emitting surface of the power circuit is pressed onto a heat-dissipating surface of the heat-sink, which in particular is an upper side or preferably an inner side of the heat sink.

Im Weiteren wird Bezug genommen auf eine Alternative, bei der der Deckel unmittelbar auf die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper drückt. Hierbei weist der Deckel eine Vertiefung auf. Diese reicht von einer Deckelseite des Leistungsmoduls bis zur Leistungsschaltung. Die Vertiefung erstreckt sich insbesondere durch einen Hohlraum hindurch, der sich zwischen Deckelseite und Kühlkörper erstreckt oder zumindest in diese hinein. Die Deckelseite ist auf einer Seite des Leistungsmoduls angeordnet, die entgegengesetzt zum Kühlkörper des Leistungsmoduls ist. Vorzugsweise drückt die Vertiefung des Deckels auf der Höhe der mindestens einen ersten Wärmeabgabefläche auf die Leistungsschaltung, die somit auf den Kühlkörper gedrückt wird. Vorzugsweise reicht die Vertiefung bis zu einer Stelle der Leistungsschaltung, auf deren entgegengesetzter Seite der Leistungsschaltung die erste Wärmeabgabefläche vorgesehen ist.In the following, reference is made to an alternative in which the cover presses directly onto the power circuit on the heat sink. In this case, the lid has a depression. This ranges from a cover side of the power module to the power circuit. The recess extends in particular through a cavity which extends between the cover side and the heat sink or at least into it. The cover side is arranged on one side of the power module, which is opposite to the heat sink of the power module. Preferably, the recess of the lid presses on the level of the at least one first heat transfer surface on the power circuit, which is thus pressed onto the heat sink. Preferably, the recess extends to a position of the power circuit, on the opposite side of the power circuit, the first heat transfer surface is provided.

Die erste Wärmeabgabefläche grenzt (vorzugsweise unmittelbar) an eine Innenseite des Kühlkörpers an. Allgemein kann die erste Wärmeabgabefläche direkt an den Kühlkörper angrenzen oder über eine Wärmeleitpaste oder ein anderes schichtförmiges Wärmeleitungselement an den Kühlkörper bzw. an dessen Innenseite angrenzen. Die Vertiefung der Deckelseite ist vorzugsweise mindestens so hoch wie das höchste Element, das auf einem Träger der Leistungsschaltung montiert ist. Dadurch ist gewährleistet, dass kein Bauelement der Leistungsschaltung an den Deckel anstößt. Alternativ kann die Vertiefung auch derart ausgestaltet sein, dass eine Oberseite eines Bauelements der Leistungsschaltung an den Deckel angrenzt, wenn der Deckel die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper drückt. Die Vertiefung ist insbesondere ein tiefgezogener Abschnitt des Deckels.The first heat-dissipating surface adjoins (preferably directly) an inside of the heat-sink. Generally, the first Heat dissipation surface directly adjacent to the heat sink or adjacent to the heat sink or on the inside via a thermal paste or other layer-shaped heat conduction element. The recess of the lid side is preferably at least as high as the highest element mounted on a carrier of the power circuit. This ensures that no component of the power circuit abuts the lid. Alternatively, the recess can also be configured such that an upper side of a component of the power circuit adjoins the cover when the cover presses the power circuit onto the heat sink. The recess is in particular a deep-drawn portion of the lid.

Die hier erwähnte mindestens eine erste Wärmeabgabefläche kann auch als Unterseite der Leistungsschaltung betrachtet werden, die vom Deckel wegweist. Auf der entgegengesetzten Oberseite befindet sich eine zweite Wärmeabgabefläche. Hierbei weist die Leistungsschaltung mindestens eine zweite Wärmeabgabefläche auf, die sich an der Stelle befindet, an der die Vertiefung an die Leistungsschaltung angrenzt. Die zweite Wärmeabgabefläche und die erste Wärmeabgabefläche sind vorzugsweise gegenüberliegende Seiten bzw. Oberflächenabschnitte der Leistungsschaltung und insbesondere eines elektrischen Anschlusses oder Leistungsbauteils der Leistungsschaltung. Dadurch wird an der Stelle, an der der Deckel an die Leistungsschaltung angrenzt (bzw. an der die Vertiefung an die Leistungsschaltung angrenzt) nicht nur Kraft übertragen, sondern es wird auch Wärme über die zweite Wärmeabgabefläche zum Deckel hin abgeführt. Eine Aufgabe der zweiten Wärmabgabefläche ist die Aufnahme einer Kraft, mit der die Leistungsschaltung (bzw. die erste Wärmeabgabefläche) auf den Kühlkörper gepresst wird. Die andere Aufgabe kann die Unterstützung der Wärmeübertragung sein. Aus diesem Grund wurde der Begriff so gewählt. Abhängig von der Ausführungsform kann jedoch auch nur ein kleiner Anteil, etwa nicht mehr als 25%, 10%, 5% oder 2% der abzuführenden Wärme über die zweite Wärmeabgabefläche abgeführt werden, wobei der verbleibende Anteil über die erste Wärmeabgabefläche an den Kühlkörper abgeführt wird. Dies hängt insbesondere von der thermischen Anbindung des Deckels und der thermischen Verbindung zwischen dem Deckel und der zweiten Wärmeabgabefläche ab. Da somit auch der Anteil der zweiten Wärmeabgabefläche im Vergleich zur ersten Wärmeabgabefläche gering sein kann, kann die zweite Wärmeabgabefläche auch als Anpressfläche (der Leistungsschaltung) bezeichnet werden.The at least one first heat-dissipating surface mentioned here may also be considered as the underside of the power circuit facing away from the lid. On the opposite top is a second heat transfer surface. In this case, the power circuit has at least one second heat-dissipating surface which is located at the point where the recess adjoins the power circuit. The second heat release surface and the first heat release surface are preferably opposite sides or surface portions of the power circuit and in particular of an electrical connection or power component of the power circuit. As a result, at the location where the lid abuts the power circuit (or where the recess is adjacent to the power circuit), not only force is transmitted, but heat is also dissipated to the lid via the second heat discharge surface. One task of the second heat-emitting surface is to receive a force with which the power circuit (or the first heat-dissipating surface) is pressed onto the heat-sink. The other task may be the support of heat transfer. That's why the term was chosen that way. Depending on the embodiment, however, only a small proportion, for example not more than 25%, 10%, 5% or 2% of the heat to be dissipated, can be dissipated via the second heat-dissipating surface, with the remaining portion being discharged to the heat-sink via the first heat-dissipating surface , This depends in particular on the thermal connection of the lid and the thermal connection between the lid and the second heat-dissipating surface. Thus, since the proportion of the second heat releasing surface may also be small compared with the first heat releasing surface, the second heat releasing surface may be referred to as a pressing surface (the power circuit).

Im Weiteren wird eine alternative Ausführungsform betrachtet, bei der das Leistungsmodul ein elastisches Zwischenstück aufweist. Hierbei drückt über ein elastisches Zwischenstück die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper. Wie die Vertiefung des Deckels dient das Zwischenstück zur Überbrückung der Strecke zwischen Deckel und Leistungsschaltung. Anstatt eines elastischen Zwischenstücks kann auch ein starres Zwischenstück vorgesehen sein, insbesondere aus einem wärmeleitenden Material wie Metall oder einer Metalllegierung, wobei in diesem Fall der Deckel elastisch ist und die Anpresskraft erzeugt, mit der die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper gedrückt wird. Das Zwischenstück reicht von einer Deckelseite des Leistungsmoduls bis zu der Leistungsschaltung. Insbesondere reicht das Zwischenstück bis zu einer Stelle der Leistungsschaltung, auf deren entgegengesetzter Seite die erste Wärmeabgabefläche vorgesehen ist. Wie erwähnt grenzt die erste Wärmeabgabefläche an eine Innenseite des Kühlkörpers an, insbesondere an einer Oberseite des Kühlkörpers, die zu einem Hohlraum des Leistungsmoduls gerichtet ist. Es kann auch zusätzlich dem Zwischenstück eine Vertiefung vorgesehen sein, die aneinandergesetzt sind und zusammen die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper pressen.In the following, an alternative embodiment is considered in which the power module has an elastic intermediate piece. In this case, the power circuit presses on the heat sink via an elastic intermediate piece. Like the recess of the lid, the intermediate piece serves to bridge the distance between the cover and the power circuit. Instead of an elastic intermediate piece may also be provided a rigid intermediate piece, in particular of a thermally conductive material such as metal or a metal alloy, in which case the lid is elastic and generates the pressing force with which the power circuit is pressed onto the heat sink. The intermediate piece extends from a cover side of the power module to the power circuit. In particular, the intermediate piece reaches up to a point of the power circuit, on the opposite side of which the first heat-dissipating surface is provided. As mentioned, the first heat-dissipating surface adjoins an inside of the heat-sink, in particular on an upper side of the heat-sink, which is directed to a cavity of the power module. It may also be provided in addition to the intermediate piece a recess which are juxtaposed and together press the power circuit to the heat sink.

Es kann eine Führung vorgesehen sein, in dem sich das Zwischenstück zumindest teilweise erstreckt. Die Führung ist zwischen dem Deckel und der Leistungsschaltung angeordnet.It can be provided a guide in which the intermediate piece extends at least partially. The guide is disposed between the lid and the power circuit.

Die Führung und/oder der Deckel können insbesondere aus gestanztem Stahlblech vorgesehen sein. Das Zwischenstück ist insbesondere aus einem elastischen Material gebildet, das elektrisch isolierend ist. Ferner kann das Zwischenstück aus einem thermisch isolierenden oder thermisch leitenden Material ausgebildet sein, insbesondere aus einer Keramik oder aus einem Kunststoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0.2 W/mK, wobei in dem Kunststoff auch Keramikpartikel dispergiert sein können.The guide and / or the lid can be provided in particular from stamped sheet steel. The intermediate piece is in particular formed from an elastic material which is electrically insulating. Furthermore, the intermediate piece may be formed of a thermally insulating or thermally conductive material, in particular of a ceramic or of a plastic having a thermal conductivity of more than 0.2 W / mK, ceramic particles also being able to be dispersed in the plastic.

Ferner kann die Leistungsschaltung mechanische Positionierungselemente aufweisen. Diese Positionierungselemente sind insbesondere Ausnehmungen, in die korrespondierende Elemente des Zwischenstücks eingesteckt sind. Die Ausnehmungen können mit einer Einsteckhilfe ausgestattet sein. Etwa ein sich zum Zwischenelement hin weitender Querschnitt ermöglicht ein einfaches Einstecken und gleichzeitig einen sicheren Sitz des Zwischenstücks in der Leistungsschaltung. Die Positionierungselemente, die auch als Indexierungselemente bezeichnet werden können, sind insbesondere in einem Träger für Bauelemente (etwa in einer Leiterplatte) ausgebildet.Furthermore, the power circuit may have mechanical positioning elements. These positioning elements are in particular recesses in which corresponding elements of the intermediate piece are inserted. The recesses may be equipped with a plug-in aid. For example, a cross-section that widens towards the intermediate element allows easy insertion and at the same time a secure fit of the intermediate piece in the power circuit. The positioning elements, which can also be referred to as indexing elements, are in particular formed in a carrier for components (for example in a printed circuit board).

Die Leistungsschaltung weist mindestens ein Leistungsbauteil auf, dessen Oberfläche in der mindestens eine erste oder die mindestens eine zweite Wärmeabgabefläche bildet, oder dessen Oberfläche die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Wärmeabgabefläche bilden. Alternativ kann ein Wärmeverteiler oder ein wie bereits beschriebenes schichtförmiges Wärmeübertragungselement vorgesehen sein, das mit der ersten und/oder mit der zweiten Oberfläche wärmeleitend verbunden ist. Der Wärmeverteiler kann insbesondere ein Blech sein oder eine Schicht, beispielsweise aus Kupfer, mittels dem die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche und/oder die mindestens eine zweite Wärmeabgabefläche mit dem Deckel und/oder mit dem Kühlkörper verbunden ist, oder mittels dem die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche mit dem Kühlkörper verbunden ist und/oder mittels dem die mindestens eine zweite Oberfläche mit dem Zwischenstück verbunden ist.The power circuit has at least one power component whose surface forms at least one first or at least one second heat-dissipating surface, or whose surface forms at least one first and at least one second heat-dissipating surface. Alternatively, a heat spreader or a like already described layer-shaped heat transfer element may be provided, which is thermally conductively connected to the first and / or with the second surface. The heat spreader may in particular be a sheet or a layer, for example of copper, by means of which the at least one first heat-dissipating surface and / or the at least one second heat-dissipating surface is connected to the lid and / or to the heat sink, or by means of which the at least one first heat-dissipating surface is connected to the heat sink and / or by means of which the at least one second surface is connected to the intermediate piece.

Hierbei kann die Leistungsschaltung einen flächigen Träger umfassen, beispielsweise eine Leiterplatte, auf dem das mindestens eine Leistungsbauelement (ein Leistungshalbleiter, insbesondere ein Transistor wie ein MOSFET) montiert ist. Der Wärmeverteiler kann sich vollständig oder teilweise durch diesen Träger hindurch erstrecken, um eine Wärmeabgabefläche des Leistungsbauelements, die dem Kühlkörper zugewandt ist, thermisch mit dem Kühlkörper zu verbinden. In gleicher Weise kann der Wärmeverteiler ein Leistungsbauelement, das auf der Unterseite des Trägers montiert ist (die Seite, die dem Kühlkörper zugewandt ist), durch den Träger hindurch mit dem Deckel (bzw. dessen Vertiefung) oder mit dem elastischen Zwischenstück thermisch zu verbinden.In this case, the power circuit may comprise a planar carrier, for example a printed circuit board, on which the at least one power component (a power semiconductor, in particular a transistor such as a MOSFET) is mounted. The heat spreader may extend completely or partially through this support to thermally connect a heat-emitting surface of the power device facing the heat sink to the heat sink. Similarly, the heat spreader may thermally connect a power device mounted on the underside of the carrier (the side facing the heat sink), through the carrier to the lid (or its recess), or to the elastic adapter.

Der Druck, mit dem die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche auf den Kühlkörper gedrückt wird (bzw. auf die zweite Wärmeabgabefläche beaufschlagt wird), ergibt sich durch elastische Verformung des elastischen Zwischenstücks, soweit vorhanden, durch den Deckel oder einen Abschnitt des Deckels und/oder durch elastische Verformung der Vertiefung des Deckels, sofern vorhanden. Daher ist der Deckel (bzw. die Vertiefung) und/oder das elastische Zwischenstück elastisch verformt in dem Leistungsmodul montiert bzw. direkt oder indirekt an den Kühlkörper befestigt.The pressure with which the at least one first heat-emitting surface is pressed onto the heat sink (or is applied to the second heat-dissipating surface) results from elastic deformation of the elastic intermediate piece, if present, through the lid or a portion of the lid and / or through elastic deformation of the recess of the lid, if any. Therefore, the lid (or the recess) and / or the elastic intermediate piece is elastically deformed in the power module mounted or fixed directly or indirectly to the heat sink.

Der Deckel, die Vertiefung und/oder das elastische Zwischenstück sind eingerichtet, einen Druck zu erzeugen, mit dem der Deckel der Leistungsschaltung (über die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche bzw. die mindestens eine zweite Wärmeabgabefläche) auf den Kühlkörper drückt. Mit diesem Druck wird ferner die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche der Leistungsschaltung auf den Kühlkörper gedrückt. Somit wird der Deckel an den Kühlkörper direkt oder indirekt, etwa über ein Wandstück, im Presssitz an dem Kühlkörper befestigt. Der Druck wird insbesondere durch die Elastizität des Deckels erzeugt, sodass der Deckel vorzugsweise aus einem elastischen Material ausgebildet ist.The lid, the recess and / or the elastic intermediate piece are adapted to generate a pressure with which the cover of the power circuit (via the at least one first heat-dissipating surface or the at least one second heat-dissipating surface) presses onto the heat-sink. With this pressure, moreover, the at least one first heat discharge surface of the power circuit is pressed onto the heat sink. Thus, the lid is attached to the heat sink directly or indirectly, for example via a wall piece, in a press fit on the heat sink. The pressure is generated in particular by the elasticity of the lid, so that the lid is preferably formed of an elastic material.

Der Kühlkörper kann unmittelbar an den Deckel angrenzen. Hierbei kann der Kühlkörper eine oder mehrere Kanten oder einen gesamten Kantenumfang aufweisen, der unmittelbar an den Deckel grenzt.The heat sink can adjoin the lid directly. In this case, the heat sink may have one or more edges or an entire edge circumference that borders directly on the lid.

Der Kühlkörper weist einen nach außen ragenden Vorsprung auf. Dieser Vorsprung erstreckt sich gewinkelt zu der Richtung der Kraft, mit der der Deckel die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper drückt. Insbesondere ragt der Vorsprung senkrecht heraus. Der Vorsprung wird von einem Befestigungsabschnitt des Deckels umgriffen. Insbesondere bilden der Befestigungsabschnitt des Deckels und der Vorsprung eine formschlüssige Verbindung und vorzugsweise ein Gelenk, welches eine Rotation des Deckels gegenüber dem Vorsprung (über einen kleinen Winkelabschnitt wie etwa 2, 5 oder 10 Grad) ermöglicht. Vorzugsweise umgibt der Befestigungsabschnitt jedoch den Vorsprung im Formschluss, ohne dass ein rotatorischer Freiheitsgrad besteht. Der Kühlkörper weist insbesondere einen Wandabschnitt auf, der gewinkelt und insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu einem Abschnitt des Kühlkörpers steht, an dem die mindestens eine erste Wärmeabgabefläche auf den Kühlkörper gedrückt wird. Damit bildet der Kühlkörper zusammen mit dem Wandabschnitt einen Teil eines Hohlraums. Der Wandabschnitt ist ein Teil des Deckels oder des Kühlkörpers. Der Wandabschnitt wird auch als Seitenfläche bezeichnet. Das Wandstück ist ein eigenes (körperlich eigenständiges) Element zwischen Kühlkörper und Deckel, insbesondere aus einem elektrischen Isolator.The heat sink has an outwardly projecting projection. This projection extends at an angle to the direction of the force with which the cover presses the power circuit onto the heat sink. In particular, the projection protrudes vertically. The projection is encompassed by a mounting portion of the lid. In particular, the attachment portion of the cover and the projection form a positive connection and preferably a hinge which allows rotation of the cover relative to the projection (over a small angle portion such as 2, 5 or 10 degrees). Preferably, however, the attachment portion surrounds the projection in positive engagement, without a rotational degree of freedom exists. In particular, the heat sink has a wall section which is angled and in particular substantially perpendicular to a section of the heat sink on which the at least one first heat dissipation surface is pressed onto the heat sink. Thus, the heat sink together with the wall portion forms part of a cavity. The wall portion is a part of the lid or the heat sink. The wall portion is also referred to as a side surface. The wall piece is a separate (physically independent) element between the heat sink and the lid, in particular an electrical insulator.

Der Kühlkörper kann zumindest an einer Seite des Leistungsmoduls eine Seitenfläche (etwa im Sinne des Wandabschnitts) des Leistungsmoduls bilden. Die Seitenfläche erstreckt sich zwischen einer Unter- und einer Oberseite des Leistungsmoduls. Insbesondere erstreckt sich die Seitenfläche bzw. der Wandabschnitt zwischen einer Ebene, in der der Deckel liegt oder die den Deckel in einem spitzen Winkel schneidet, und einer Ebene, die sich im Abstand hierzu entlang der Leistungsschaltung, entlang eines Leistungsbauelements und/oder entlang einer der genannten Wärmeabgabeflächen erstreckt oder schneidet. Der Vorsprung ist an einem Rand der Seitenfläche ausgebildet, insbesondere an einem Rand der Seitenfläche, der dem Deckel zugewandt ist. Der Vorsprung kann sich im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Kühlkörpers erstrecken, an dem die Leistungsschaltung an den Kühlkörper grenzt bzw. mit diesem wärmeübertragend verbunden ist.The heat sink may form a side surface (approximately in the sense of the wall section) of the power module, at least on one side of the power module. The side surface extends between a bottom and top of the power module. In particular, the side surface or wall portion extends between a plane in which the lid lies or which intersects the lid at an acute angle and a plane spaced apart along the power circuit, along a power device and / or along one of the extends or cuts said heat dissipation surfaces. The projection is formed on an edge of the side surface, in particular on an edge of the side surface, which faces the lid. The projection may extend substantially parallel to a surface of the heat sink, at which the power circuit adjoins the heat sink or is connected to heat transfer.

Der Kühlkörper kann eine weitere Seitenfläche aufweisen, die sich parallel zur genannten Seitenfläche erstreckt. Die beiden Seitenflächen sowie die Innenseite des Kühlkörpers, an denen sich die Leistungsschaltung befindet, bilden eine Wanne, die von dem Deckel abgeschlossen wird. Alternativ kann sie einen abgewinkelten Abschnitt aufweisen, der sich parallel zur Seitenfläche des Leistungsmoduls erstreckt oder zumindest dieser gegenüberliegt, um so eine weitere Wand auszubilden. Es können ferner weitere Seitenwände vorgesehen sein.The heat sink may have another side surface extending parallel to said side surface. The two side surfaces and the inside of the heat sink, where the Power circuit is formed, form a tub, which is completed by the lid. Alternatively, it may have an angled portion extending parallel to or at least facing the side surface of the power module so as to form another wall. There may also be provided further side walls.

Ferner kann der Kühlkörper eben ausgestaltet sein, wobei insbesondere die zur Leistungsschaltung gewandte Seite im Wesentlichen eben sein kann. In diesem Fall weist der Deckel vollständig oder teilweise umlaufende Seitenwände auf. Die Höhe der Seitenwände definiert die Höhe des Raums zwischen Deckel und Kühlkörper.Furthermore, the heat sink can be designed flat, wherein in particular the side facing the power circuit can be substantially planar. In this case, the lid has completely or partially circumferential side walls. The height of the side walls defines the height of the space between the lid and the heat sink.

An der Oberfläche des Kühlkörpers, an dem die erste Wärmeabgabefläche auf den Kühlkörper drückt, kann eine Ausnehmung in der Oberfläche vorgesehen sein, so dass sich die erste Wärmeabgabefläche innerhalb der Ausnehmung befindet. Dadurch kann die Leistungsschaltung besser und sicherer gegenüber dem Kühlkörper positioniert werden.On the surface of the heat sink, where the first heat transfer surface presses on the heat sink, a recess may be provided in the surface, so that the first heat transfer surface is located within the recess. As a result, the power circuit can be positioned better and safer with respect to the heat sink.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die 1, 2 und 3 zeigen Ausführungsformen des hier beschriebenen Leistungsmoduls.The 1 . 2 and 3 show embodiments of the power module described here.

Die 1 zeigt ein Leistungsmodul 10 mit einem Kühlkörper 20 und mit einer Leistungsschaltung 30. Die Leistungsschaltung 30 befindet sich innerhalb des Leistungsmoduls. Ein Deckel 40 schließt das Leistungsmodul ab. Der Deckel 40 drückt die Leistungsschaltung 30 auf den Kühlkörper 20, insbesondere an eine Innenseite des Kühlkörpers. Hierbei weist die Leistungsschaltung eine erste Wärmeabgabefläche 32 auf, die durch den Druck der von dem Deckel 40 auf die Leistungsschaltung 30 ausgeübt wird, auf den Kühlkörper 20, insbesondere auf eine Innenseite des Kühlkörpers 20, gedrückt wird. Hierzu weist der Deckel 40 eine Vertiefung 42 auf, die sich zur Leistungsschaltung 30 hin erstreckt. Die Vertiefung erstreckt sich von einer Deckelseite 44 des Leistungsmoduls bis zu einer Stelle 34 der Leistungsschaltung 30 auf deren entgegengesetzter Seite die erste Wärmeabgabefläche 32 vorgesehen ist. Die Stelle 32 bildet dadurch eine Wärmebrücke zwischen dem Leistungshalbleiter 30 und dem Kühlkörper 20, während die gegenüberliegende Stelle 34 (bezogen auf die Leistungsschaltung 30) eine Anpressstelle darstellt, an der der Deckel bzw. dessen Vertiefung 42 auf die Leistungsschaltung 30 presst.The 1 shows a power module 10 with a heat sink 20 and with a power circuit 30 , The power circuit 30 is inside the power module. A lid 40 completes the power module. The lid 40 pushes the power circuit 30 on the heat sink 20 , in particular to an inside of the heat sink. Here, the power circuit has a first heat dissipation surface 32 on top of that by the pressure of the lid 40 on the power circuit 30 is exercised on the heat sink 20 , in particular on an inside of the heat sink 20 , is pressed. For this purpose, the lid 40 a depression 42 on, which is to power circuit 30 extends. The recess extends from a cover side 44 of the power module up to one point 34 the power circuit 30 on the opposite side of the first heat transfer surface 32 is provided. The spot 32 thereby forms a thermal bridge between the power semiconductor 30 and the heat sink 20 while the opposite spot 34 (related to the power circuit 30 ) Represents a contact point at which the lid or its recess 42 on the power circuit 30 pressed.

Neben der Übertragung von Kraft dient diese Stelle 34 auch zur Übertragung von Wärme von dem Leistungshalbleiter 30 an den Deckel 40. Daher kann die Vertiefung 42 eine Fläche aufweisen, die flach an der Stelle 34 der Leistungsschaltung anliegt. Es ergibt sich daher eine erste Wärmeabgabefläche 32 und, falls neben einer Kraftübertragung auch eine Wärmeübertragung stattfindet, eine zweite Wärmeabgabefläche 34, die zum Deckel bzw. zur Vertiefung 42 hin gerichtet ist. Es kann eine Vertiefung 42' vorgesehen sein, die an einer anderen Position die Leistungsschaltung auf den Kühlkörper 20 drückt, um so eine weitere Wärmeabgabefläche zu realisieren, die in ihrer Funktion der ersten Wärmeabgabefläche entspricht. Daher können mehrere erste Wärmeabgabeflächen (bzw. Vertiefungen und/oder Zwischenstücke) vorgesehen sein.In addition to the transmission of power serves this body 34 also for the transfer of heat from the power semiconductor 30 to the lid 40 , Therefore, the depression 42 have an area that is flat at the location 34 the power circuit is applied. This therefore results in a first heat transfer surface 32 and, if in addition to a power transmission and a heat transfer takes place, a second heat transfer surface 34 to the lid or to the recess 42 directed. It can be a depression 42 ' be provided, which at another position the power circuit on the heat sink 20 presses so as to realize another heat dissipation surface corresponding in function to the first heat releasing surface. Therefore, a plurality of first heat release surfaces (or depressions and / or intermediate pieces) may be provided.

Die Leistungsschaltung 30 ist in der 1 mit einem Durchbruch an der Stelle dargestellt, an der sich die erste und die zweite Wärmeabgabefläche befinden. Alternativ kann jedoch die Leistungsschaltung an dieser Stelle durchgängig sein und etwa nur auf der zur Kühlkörper gewandten Seite ein Wärmeübertragungselement (etwa ein Kupferplättchen oder Ähnliches) tragen. Die Leistungsschaltung kann als Leiterplatte vorgesehen sein, auf der Bauelemente montiert sind. Ein Wärmeübertragungselement zwischen der Leistungsschaltung und dem Kühlkörper 20 wie es vorangehend beschrieben ist, kann zudem auch elektrische Funktionen aufweisen, etwa die direkte elektrische Verbindung zwischen der Leistungsschaltung 30 und dem Kühlkörper 20.The power circuit 30 is in the 1 with a breakthrough at the location where the first and second heat delivery surfaces are located. Alternatively, however, the power circuit may be continuous at this point and may carry a heat transfer element (such as a copper plate or the like) only on the side facing the heat sink. The power circuit may be provided as a printed circuit board on which components are mounted. A heat transfer element between the power circuit and the heat sink 20 In addition, as described above, it may also have electrical functions, such as the direct electrical connection between the power circuit 30 and the heat sink 20 ,

Zur Befestigung kann der Kühlkörper 20 einen Vorsprung 22 aufweisen, der sich von einem Wandabschnitt 24 weg erstreckt, wobei der Wandabschnitt 24 wiederum von einem Bodenabschnitt 26 weg ragt. Der Vorsprung 22 kann an dem Ende, das von dem Wandabschnitt 24 weg weist, eine Verdickung oder Hinterschneidung aufweisen, sodass sich für den Deckel die Möglichkeit einer formschlüssigen Verbindung ergibt. Der Deckel 40 weist ein Befestigungsabschnitt 46 auf, der den Vorsprung, ein Teil des Vorsprungs und insbesondere die Verdickung oder Hinterschneidung des Vorsprungs 22 umgreift.For attachment, the heat sink 20 a lead 22 have, extending from a wall section 24 extends away, wherein the wall portion 24 again from a bottom section 26 sticks out. The lead 22 may be at the end of the wall section 24 has away, have a thickening or undercut, so that there is the possibility of a positive connection for the lid. The lid 40 has a mounting portion 46 on which the projection, a part of the projection and in particular the thickening or undercut of the projection 22 embraces.

In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist auch der Deckel einen Wandabschnitt 48 auf, der von der Deckelseite 44 weg ragt und sich bis zum Bodenabschnitt 26 des Kühlkörpers 20 erstreckt. Am Ende des Wandabschnitts 48 kann eine Befestigungsvorrichtung 50 angeordnet sein, die das Ende des Deckels 40 mit dem Kühlkörper 20 verbindet. In einer alternativen Ausführungsform, wie sie etwa in 2 dargestellt ist, weist der Kühlkörper zwei Wandabschnitte auf, die sich gegenüberliegen, wobei sich der Deckel (bis auf einen gegebenenfalls vorliegenden Vorsprung) nur auf der Deckelseite 44 erstreckt und die Wandabschnitte des Kühlkörpers von dem Bodenabschnitt des Kühlkörpers (vgl. Bezugszeichen 26 der 1) dargestellt werden.In the in 1 illustrated embodiment, the lid also has a wall portion 48 on, from the lid side 44 juts out and up to the bottom section 26 of the heat sink 20 extends. At the end of the wall section 48 can be a fastening device 50 be arranged, which is the end of the lid 40 with the heat sink 20 combines. In an alternative embodiment, such as in 2 is shown, the heat sink on two wall sections which are opposite, wherein the lid (except for an optionally present projection) only on the cover side 44 extends and the wall portions of the heat sink from the bottom portion of the heat sink (see reference numeral 26 of the 1 ) being represented.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform können die Wandabschnitte von dem Deckel gebildet werden, sodass sich die Wandabschnitte von der Deckelseite 44 bis zu dem Kühlkörper erstrecken, wobei der Kühlkörper im Wesentlichen eben ausgebildet ist und sich nicht oder nur geringfügig zum Deckel hin erstreckt.In a further, not shown embodiment, the wall sections of the Cover are formed, so that the wall sections from the lid side 44 extend to the heat sink, wherein the heat sink is formed substantially flat and does not extend or only slightly towards the lid.

Die Leistungsschaltung 30 kann etwa als Leiterplatte ausgebildet sein, die einen beispielhaft dargestellten Leistungshalbleiter 36 oder 36' trägt. Zwischen der Stelle, an der die Leistungsschaltung an den Deckel angrenzt, und der Stelle, an der die Leistungsschaltung an den Kühlkörper angrenzt, kann sich ein Abschnitt der Leiterplatte (ohne Bauteile) ein Leitungsbauteil, oder eine elektrische Verbindungsstelle befinden, wobei die elektrische Verbindungsstelle bzw. der Leistungshalbleiter auf oder in der Leiterplatte angeordnet ist. Zudem kann der Kühlkörper an der Stelle, an der die Leistungsschaltung den Kühlkörper kontaktiert, eine Vertiefung aufweisen, um einen Teil der Leistungsschaltung bzw. dessen Wärmeübertragungselement zumindest teilweise aufzunehmen. Allgemein kann der Leistungshalbleiter 36, 36' auch als Leistungsbauelement bezeichnet werden, wobei das Leistungsbauelement ein aktives oder passives Bauelement (Spule, Widerstand, Kondensator), oder ein Leistungsmodul sein kann.The power circuit 30 can be designed as a circuit board, for example, the power semiconductor exemplified 36 or 36 ' wearing. Between the point at which the power circuit adjoins the cover and the point at which the power circuit adjoins the heat sink, a section of the printed circuit board (without components) may be a line component, or an electrical connection point, wherein the electrical connection point or junction is located The power semiconductor is arranged on or in the printed circuit board. In addition, at the point where the power circuit contacts the heat sink, the heat sink may have a depression in order to at least partially accommodate a part of the power circuit or its heat transfer element. Generally, the power semiconductor 36 . 36 ' may also be referred to as a power device, wherein the power device may be an active or passive device (coil, resistor, capacitor), or a power module.

Zudem kann ein Leistungsbauelement 38 vorgesehen sein, das sich auf der Seite der Leistungsschaltung 30 befindet, die dem Kühlkörper 20 abgewandt ist (mit anderen Worten auf der Seite, die dem Deckel zugewandt ist). Der Kühlkörper weist eine Erhebung 29 auf, die sich zum Leistungsbauelement 38 hin erstreckt. Die Erhebung 29 kann eine Erhebung des Kühlkörpers 20 zum Deckel 40 hin sein (bei einer einteiligen Ausbildung der Erhebung mit dem Kühlkörper) oder kann ein Sockelstück bzw. ein Wärmeübertragungsstück oder Wärmespreizer sein, der als körperlich gegenüber dem Kühlkörper eigenständiges Element zwischen erster Wärmeabgabefläche und Kühlkörper 20 angeordnet ist. Die Erhebung 29 kann direkt bzw. über eine Wärmeübertragungsschicht (etwa aus Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad) mit dem Leistungsbauelement 38 bzw. dessen Wärmeabgabefläche physisch verbunden sein. Anstatt seiner Wärmeübertragungsschicht kann auch eine Lötschicht vorgesehen sein. Die Wärmeübertragungsschicht bzw. die Lötschicht ist als dicke Linie zwischen der Erhebung 29 und dem Bauelement 38 dargestellt. Zudem kann, falls anstatt einer Erhebung des Kühlkörpers ein Wärmeübertragungsstück verwendet wird, dieses über eine Lötschicht oder über eine Wärmeübertragungsschicht mit dem Kühlkörper thermisch verbunden sein. Der Ort einer derartigen Lötschicht oder Wärmeübertragungsschicht ist mit einer Strichlinie in der zweit untersten horizontalen Linie der Zeichnung gekennzeichnet.In addition, a power component 38 be provided, which is on the side of the power circuit 30 located to the heat sink 20 turned away (in other words, on the side facing the lid). The heat sink has a survey 29 on, which is the power component 38 extends. The assessment 29 can be a survey of the heat sink 20 to the lid 40 be (in a one-piece design of the survey with the heat sink) or may be a base piece or a heat transfer piece or heat spreader, which is physically separate from the heat sink element between the first heat transfer surface and heat sink 20 is arranged. The assessment 29 can directly or via a heat transfer layer (such as thermal paste or a Wärmeleitpad) with the power device 38 or its heat transfer surface to be physically connected. Instead of its heat transfer layer may also be provided a solder layer. The heat transfer layer or solder layer is a thick line between the elevation 29 and the device 38 shown. In addition, if instead of a collection of the heat sink, a heat transfer piece is used, this be thermally connected via a solder layer or a heat transfer layer with the heat sink. The location of such a solder layer or heat transfer layer is indicated by a dashed line in the second lowest horizontal line of the drawing.

Die Leistungsschaltung 30 kann einen Träger aufweisen (schraffiert im Querschnitt dargestellt). Auf diesem Träger sind die Bauelemente 36, 36' und 38 montiert. Ferner weist der Träger Leiter auf, mit denen die Bauelemente 36, 36' und 38 elektrische angeschlossen sind. Die Leiter sind Busbars oder Leiterbahnen und der Träger ist vorzugsweise ein elektrischer Isolator. Der Träger kann daher als Leiterplatte ausgebildet sein. Der Träger weist eine vorzugsweise durchgehende Öffnung an der Stelle auf, an der das Bauelement 38 auf dem Träger montiert ist. Insbesondere liegt das Bauelement über der Stelle. Vorzugsweise geht, wie dargestellt, das Bauelement seitlich über die Öffnung im Träger hinaus. Durch die Öffnung hindurch erstreckt sich die Erhebung 29 bis zu dem Bauelement 38 bzw. zu dessen erster Wärmeabgabefläche. Der Querschnitt der Erhebung ist in den Querschnitt der Öffnung eingepasst, vorzugsweise mit Spiel zu allen Seiten. Alternativ kann die Öffnung auch an die Erhebung derart angepasst sein, dass diese ohne Spiel und insbesondere im Presssitz aufeinander gesteckt sind, wodurch die Leistungsschaltung gegenüber dem Kühlkörper positioniert werden kann. Die Erhebung 39 kann sich in Richtung Deckel 40 (bzw. zum Leistungsbauelement 38 hin) verjüngen, um so für die Leistungsschaltung eine Montagehilfe zu bieten. Ferner kann sich die Öffnung zum Kühlkörper hin erweitern, um in gleicher Weise bei der Montage die Zusammenführung und Positionierung zu vereinfachen. Insbesondere sind mindestens zwei und vorzugsweise drei oder mehr als drei Paare vorgesehen, die jeweils aus einer Öffnung und einer Erhebung 29 bestehen. Die Erhebung 39 kann ein zusammen mit dem Kühlkörper 20 ausgebildeter Abschnitt des Kühlkörpers 20 sein, oder kann ein eigenes mechanisches Element sein, das etwa durch eine Lötverbindung auf dem Kühlkörper befestigt ist.The power circuit 30 may have a carrier (hatched in cross section). On this carrier are the components 36 . 36 ' and 38 assembled. Furthermore, the carrier has conductors with which the components 36 . 36 ' and 38 electrical are connected. The conductors are busbars or tracks and the carrier is preferably an electrical insulator. The carrier can therefore be designed as a printed circuit board. The carrier has a preferably continuous opening at the location where the device 38 mounted on the carrier. In particular, the device is above the point. Preferably, as shown, the device extends laterally beyond the opening in the carrier. Through the opening, the survey extends 29 up to the component 38 or to its first heat transfer surface. The cross section of the survey is fitted in the cross section of the opening, preferably with play to all sides. Alternatively, the opening may also be adapted to the elevation such that they are inserted without play and in particular in a press fit on each other, whereby the power circuit can be positioned relative to the heat sink. The assessment 39 may be in the direction of the lid 40 (or to the power component 38 down), so as to provide an assembly aid for the power circuit. Further, the opening may expand towards the heat sink to facilitate assembly and positioning in the same manner during assembly. In particular, at least two and preferably three or more than three pairs are provided, each consisting of an opening and a survey 29 consist. The assessment 39 can one together with the heat sink 20 formed section of the heat sink 20 be, or may be a separate mechanical element, which is attached approximately by a solder joint on the heat sink.

Es kann ferner eine Vertiefung 42'' des Deckels vorgesehen sein, mit der der Deckel über das Leistungsbauelement 38 (etwa eine Spule) die Leistungsschaltung 30 auf den Kühlkörper 20 drückt. Hierbei kann die Vertiefung direkt auf das Leistungsbauelement 38 drücken, oder es kann ein Zwischenstück und/oder eine Wärmeübertragungsschicht (aus Wärmeleitpaste oder als Wärmeleitpad ausgebildet) zwischen Deckel 40 und Leistungsbauelement 38 vorgesehen sein. In Vorgriff auf die 2 kann anstatt oder in Kombination mit der Vertiefung des Deckels eine Zwischenstück ausgebildet sein, welches die Strecke zwischen Deckel und Leistungsschaltung (bzw. zwischen Deckel und Anpressfläche) überbrückt.It can also be a recess 42 '' be provided of the lid, with the lid over the power device 38 (about a coil) the power circuit 30 on the heat sink 20 suppressed. Here, the depression can directly on the power device 38 Press, or it may be an intermediate piece and / or a heat transfer layer (made of thermal grease or as Wärmeleitpad) between the lid 40 and power device 38 be provided. In anticipation of the 2 may be formed instead of or in combination with the recess of the lid, an intermediate piece, which bridges the distance between the cover and power circuit (or between the lid and contact surface).

Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des hier beschriebenen Leistungsmoduls 110 mit einem Kühlkörper 120 an der Leistungsschaltung 130 und einem Deckel 140. In dieser Ausführungsform umfasst das Leistungsmodul ein elastisches Zwischenstück 160, welches sich zwischen dem Deckel 140 und der Leistungsschaltung 130 erstreckt. In dieser Ausführungsform weist der Deckel keine Vertiefung auf, die sich bis zum Leistungsmodul befindet, sondern das Zwischenstück 160 übernimmt die Aufgabe, die Strecke zwischen der Deckelseite 144 und der Leistungsschaltung 130 zu überbrücken. Eine Führung 162 bildet einen zum Deckel 140 und zur Leistungsschaltung 130 hin offenen Hohlraum, in dem das elastische Zwischenstück 160 angeordnet ist. Die Führung 162 ist an dem Deckel 140 befestigt, kann jedoch auch an dem Kühlkörper 120 befestigt sein.The 2 shows a further embodiment of the power module described here 110 with a heat sink 120 at the power circuit 130 and a lid 140 , In this embodiment, the power module comprises an elastic connecting piece 160 which is between the lid 140 and the power circuit 130 extends. In this embodiment, the lid has no recess which is up to the power module, but the intermediate piece 160 takes over the task, the distance between the cover page 144 and the power circuit 130 to bridge. A guide 162 forms one to the lid 140 and to the power circuit 130 towards open cavity, in which the elastic intermediate piece 160 is arranged. The leadership 162 is on the lid 140 attached, but can also be attached to the heat sink 120 be attached.

Das elastische Zwischenstück 160 ist im Presssitz vorgesehen, und drückt (ausgehend von dem Deckel 140) auf die Leistungsschaltung 130. Eine erste Wärmeabgabefläche 132 der Leistungsschaltung 130 wird dadurch auf den Kühlkörper gedrückt. Die Stelle, an der das elastische Zwischenstück 160 auf die Leistungsschaltung drückt, kann als Kraftübertragungsfläche 134 betrachtet werden, welche innerhalb des Leistungsmoduls angeordnet ist, wie die zweite Wärmeabgabefläche. Falls das elastische Zwischenstück wärmeübertragend ausgebildet ist, dann kann das Bezugszeichen 134 als zweite Wärmeabgabefläche betrachtet werden.The elastic intermediate piece 160 is provided in a press fit, and pushes (starting from the lid 140 ) on the power circuit 130 , A first heat release surface 132 the power circuit 130 is thereby pressed onto the heat sink. The place where the elastic intermediate piece 160 can press on the power circuit, as power transmission area 134 which is located within the power module, such as the second heat-dissipating surface. If the elastic intermediate piece is formed heat-transmitting, then the reference numeral 134 be considered as a second heat transfer surface.

In 2 weist der Kühlkörper 120 zwei Wandabschnitte 124, 124' auf, die sich von einem Bodenabschnitt 126 weg erstrecken. An der Seite, die den Bodenabschnitten entgegengesetzt ist, weisen die Wandabschnitte 124, 124' jeweils einen Vorsprung 122, 122' auf. Der Deckelkann hierzu korrespondierende Befestigungsflächen 146, 145' aufweisen, die die Enden des jeweiligen Vorsprungs 122, 122' umlaufen. Es ergibt sich eine formschlüssige Verbindung. In der 2 ist der Vorsprung 122 des Kühlkörpers 120 mit einem verdickten Ende bzw. mit einer Hinterschneidung dargestellt, sodass dort der Deckel 140 nicht in Erstreckungsrichtung des Deckels 140 verschoben werden kann. Der Vorsprung 122' und der Befestigungsabschnitt 146' können abweichend von der dargestellten Umschließung auch eine Einschnappverbindung bilden, wobei hierbei die Federkraft des Deckels am Befestigungsabschnitt 146' das Einschnappen ermöglicht, während der Vorsprung 122' eine entsprechende Hinterschneidung aufweist, in dem das Ende des Deckels oder ein an der Wand befestigtes Verschlusselements des Deckels einschnappen kann.In 2 has the heat sink 120 two wall sections 124 . 124 ' up, extending from a floor section 126 extend away. On the side opposite to the bottom sections, the wall sections have 124 . 124 ' one projection each 122 . 122 ' on. The lid may have corresponding attachment surfaces therefor 146 . 145 ' have the ends of the respective projection 122 . 122 ' circulate. This results in a positive connection. In the 2 is the lead 122 of the heat sink 120 shown with a thickened end or with an undercut, so that there the lid 140 not in the direction of extension of the lid 140 can be moved. The lead 122 ' and the attachment section 146 ' may deviate from the illustrated enclosure also form a snap connection, in which case the spring force of the lid on the attachment portion 146 ' snapping allows while the projection 122 ' has a corresponding undercut, in which the end of the lid or a fastened to the wall closure element of the lid can snap.

Die 3 zeigt einen Ausschnitt eines beispielhaften Leistungsmoduls mit einem Kühlkörper, dessen Bodenabschnitt mit dem Bezugszeichen 226 dargestellt ist. Eine Leistungsschaltung in Form zweier Schaltungsträger 230 ist auf dem Bodenabschnitt 226 angeordnet. Der Deckel 240 ist an einer Seite des Kühlkörpers, insbesondere an einem Vorsprung 222 des Kühlkörpers (bzw. einer Seitenwand des Kühlkörpers, der von dem Bodenabschnitt 226 zum Deckel ragt) befestigt. Hierzu weist der Deckel einen Befestigungsabschnitt 246 auf, der um den Vorsprung 222 herum gebogen ist. Der Befestigungsabschnitt 246 und der Vorsprung 222 sind formschlüssig miteinander verbunden. Zwischen dem Befestigungsabschnitt 246 und dem Vorsprung 222 befindet sich ein Dichtungselement, um diese beiden Komponenten miteinander abdichtend zu verbinden. Das Dichtungselement erzeugt gegebenenfalls eine Federkraft zwischen dem Befestigungsabschnitt 246 und dem Vorsprung 222.The 3 shows a section of an exemplary power module with a heat sink, the bottom portion with the reference numeral 226 is shown. A power circuit in the form of two circuit carriers 230 is on the bottom section 226 arranged. The lid 240 is on one side of the heat sink, in particular on a projection 222 the heat sink (or a side wall of the heat sink, of the bottom portion 226 to the lid protrudes) attached. For this purpose, the lid has a fastening portion 246 up, around the lead 222 bent around. The attachment section 246 and the lead 222 are positively connected with each other. Between the attachment section 246 and the lead 222 There is a sealing element to connect these two components sealingly together. The sealing element optionally generates a spring force between the attachment portion 246 and the lead 222 ,

Der Vorsprung 222 weist eine Hinterschneidung auf, wobei der Befestigungsabschnitt 246 sich um die Hinterschneidung herum erstreckt und dadurch der Deckel 240 in einer Richtung entlang dem Bodenabschnitt bzw. entlang des Deckels gegenüber dem Kühlkörper fixiert ist. Ein Leistungsbauelement 238 in Form einer Spule wird von dem Deckel 240 auf den Bodenabschnitt 226 des Kühlkörpers gepresst. Hierbei befindet sich zwischen dem Leistungsbauelement 238 und dem Deckel 240 ein Zwischenstück 260. Das Zwischenstück 260 überträgt die Anpresskraft des Deckels auf die Spule. Das Zwischenstück 260 ist insbesondere elastisch, kann jedoch auch ein starrer Körper sein. Das Zwischenstück 260 kann daher eine Federkraft erzeugen, der Deckel 240 kann eine Federkraft erzeugen, oder beide können eine Federkraft erzeugen. Bei einer starren Ausführung wird nur die Kraft von der betreffenden Komponente übertragen, jedoch keine Federkraft erzeugt.The lead 222 has an undercut, wherein the attachment portion 246 extends around the undercut and thereby the lid 240 is fixed in a direction along the bottom portion or along the lid opposite the heat sink. A power component 238 in the form of a coil is from the lid 240 on the bottom section 226 pressed the heat sink. This is located between the power device 238 and the lid 240 an intermediate piece 260 , The intermediate piece 260 transfers the contact force of the lid to the spool. The intermediate piece 260 is particularly elastic, but can also be a rigid body. The intermediate piece 260 can therefore produce a spring force, the lid 240 can generate a spring force, or both can produce a spring force. In a rigid embodiment, only the force is transmitted from the component in question, but no spring force generated.

Der Deckel weist ferner eine Vertiefung 242 auf. Diese drückt (über einen Zwischenstück) auf die Leistungsschaltung 230 bzw. auf ein Bauelement dieser Leistungsschaltung. Dieses Zwischenstück kann starr sein, wobei die Federkraft von dem Abschnitt des Deckels 240 erzeugt wird, der die Vertiefung 242 aufweist. Die Vertiefung 242 kann ausgeformt sein, um eine geeignete (vorbestimmte) Federkraft zu erzeugen, um mit dieser (ggf. über ein Zwischenstück) die Leistungsschaltung zu belasten und um die gewünschte Anpresskraft zu erzeugen.The lid also has a recess 242 on. This pushes (via an intermediate piece) on the power circuit 230 or to a component of this power circuit. This intermediate piece may be rigid, wherein the spring force of the portion of the lid 240 is generated, which is the depression 242 having. The depression 242 may be formed to produce a suitable (predetermined) spring force, to load with this (possibly via an intermediate piece), the power circuit and to produce the desired contact force.

In den Figuren (insbesondere in den 1 und 2) sind direkt aneinander grenzende Flächen zur besseren Darstellbarkeit leicht voneinander entfernt dargestellt, um die einzelnen Flächen identifizieren zu können. Bei einem montierten Leistungsmodul liegen diese Flächen direkt aufeinander.In the figures (in particular in the 1 and 2 ) are shown directly adjacent to each other for better representability slightly away from each other to identify the individual surfaces. With a mounted power module, these surfaces are directly adjacent to each other.

Die Bezugszeichen, deren letzten beiden Ziffern identisch sind, weisen die gleichen Eigenschaften oder Funktionen auf.The reference numerals whose last two digits are identical have the same characteristics or functions.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10, 11010, 110: Leistungsmodulpower module
20, 12020, 120: Kühlkörperheatsink
22, 122, 122', 22222, 122, 122 ', 222: Vorsprüngeprojections
24, 12424, 124: Wandabschnitte des KühlkörpersWall sections of the heat sink
26, 126, 22626, 126, 226: Bodenabschnitt des KühlkörpersBottom section of the heat sink
2828: Innenseite des KühlkörpersInside of the heat sink
2929: Sockel; ErhebungBase; survey
30, 130, 23030, 130, 230: Leistungsschaltungpower circuit
32, 13232, 132: erste Wärmeabgabeflächefirst heat delivery surface
34, 13434, 134: zweite Wärmeabgabefläche bzw. Kraftübertragungsflächesecond heat transfer surface or force transmission surface
36, 36', 38, 23836, 36 ', 38, 238: Leistungsbauelementpower device
40, 140, 24040, 140, 240: Deckelcover
42–42''42-42 '': Vertiefung des DeckelsDeepening of the lid
142^, 142', 242142, 142, 242: Vertiefung des DeckelsDeepening of the lid
44, 14444, 144: Deckelseitecover page
46, 146, 146', 24646, 146, 146 ', 246: Befestigungsabschnitte des DeckelsAttachment sections of the lid
5050: Befestigungselement zur Befestigung des Deckels an dem KühlkörperFastening element for fastening the cover to the heat sink
160, 260160, 260: Zwischenstückconnecting piece
162162: Führung für das Zwischenstück 160 Guide for the intermediate piece 160

Claims

Power module ( 10 ) with heat sink ( 20 ), where the power module ( 10 ) comprises: - a power circuit ( 30 ) having at least a first heat transfer surface ( 32 ); A heat sink ( 20 ); and - a lid ( 40 ); the lid ( 40 ) directly or via an intermediate piece ( 160 ) the power circuit ( 30 ) on the heat sink ( 20 ) and the at least one first heat transfer surface ( 32 ) of the power circuit ( 30 ) on the heat sink ( 20 ) is pressed, the heat sink ( 20 ) directly to the lid ( 40 ) and an outward projection ( 22 ) extending from a mounting portion ( 46 ) of the lid ( 40 ) and the attachment section ( 246 ) around the projection ( 222 ) is bent around, and wherein the projection ( 222 ) has an undercut, the attachment portion ( 246 ) extends around the undercut and thereby the lid ( 240 ) in a direction along the bottom portion or along the lid ( 40 ) opposite the heat sink ( 20 ) is fixed and further the attachment portion ( 246 ) and the lead ( 222 ) are positively connected with each other.

Power module ( 10 ) according to claim 1, wherein the lid ( 40 ) the power circuit ( 30 ) directly on the heat sink ( 20 ) and the lid ( 40 ) a recess ( 42 ), which from a cover side ( 44 ) of the power module ( 10 ) to a position of the power circuit ( 30 ), on the opposite side of the power circuit, the first heat transfer surface ( 32 ) is provided, which on an inside ( 28 ) of the heat sink ( 20 ) adjoins.

Power module ( 10 ) according to claim 2, wherein the power circuit ( 30 ) at least one second heat transfer surface ( 34 ), which is located at the location at which the depression ( 42 ) to the power circuit ( 30 ) adjoins.

Power module ( 110 ) according to claim 1, wherein the lid ( 140 ) via the preferably elastic intermediate piece ( 160 ) the power circuit ( 130 ) on the heat sink ( 120 ), wherein the intermediate piece ( 160 ) from a cover side ( 144 ) of the power module ( 110 ) to a position of the power circuit ( 110 ), on the opposite side of the power circuit ( 110 ) the first heat transfer surface ( 132 ) is provided, which on an inside ( 128 ) of the heat sink ( 120 ) adjoins.

Power module ( 110 ) according to claim 4, wherein the intermediate piece ( 160 ) at least partially in a tour ( 162 ) extending between the lid ( 140 ) and the power circuit ( 130 ), and / or the power circuit comprises mechanical positioning elements, in which engages the intermediate piece.

Power module ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the power circuit comprises at least one power component ( 36 ' ), the surface (s) of which form the first and / or second heat delivery surface of the power circuit, or wherein the power circuit has at least one power component, which is thermally conductively connected to the first and / or second heat delivery surface via at least one heat spreader.

Power module ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the lid ( 40 ) and / or the intermediate piece ( 160 ) is elastically deformed in the power module is mounted and is and is adapted to generate a pressure with which the lid ( 40 ) the power circuit ( 30 ) on the heat sink ( 20 ) and the at least one first heat transfer surface ( 32 ) of the power circuit ( 30 ) on the heat sink ( 20 ) is pressed.

Power module ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the lid ( 40 ) is formed of an elastic material.

Power module according to one of the preceding claims, wherein the heat sink ( 20 ) at least on one side of the power module ( 10 ) a side surface ( 24 ) of the power module ( 24 ) formed between a lower and an upper side of the power module ( 10 ), and wherein the projection ( 22 ) at one edge of the side surface ( 24 ) is trained.