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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 01. Oktober 2015 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0138540 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen ist.
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Hintergrund
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inverter (bzw. einen Wechselrichter) und insbesondere ein Hybridfahrzeug, welches einen Inverter mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material aufweist, welches in der Lage ist, eine verbesserte Kühlleistung und eine Kostenverringerung durch eine Verbindung zwischen einer Kühleinrichtung und einem Leistungsmodul zu erzielen.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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Im Allgemeinen werden Hybridleistungssteuereinheiten (in Englisch „hybrid power control unit“ genannt, hierin kurz HPCU), welche in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, welche elektromotorbetriebene Fahrzeug sind, montiert sind, dazu verwendet, die Eingangsspannungen zu erhöhen, um auf die Systeme angelegte Ströme zu verringern und die Elektromotorleistung zu verbessern. Die HPCU sind insbesondere eine kritische Technologie für Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge. Üblicherweise ist eine HPCU zusammen mit einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) und einer Kühleinrichtung (bzw. einem Kühler) eingerichtet, welche Kernkomponenten sind und zu der Mehrheit der Kosten beitragen. Insbesondere wird der IGBT als ein Leistungsmodul bezeichnet, und die Halbleitervorrichtungen (Chips) des Leistungsmoduls erzeugen eine signifikante Wärmemenge, wenn sie in Betrieb sind, aufgrund der hohen inneren Spannung und ihrem signifikanten Strom (z.B. dem signifikanten Strom der durch die Halbleitervorrichtungen strömt). Die Nennströme der Halbleitervorrichtungen und Dioden können folglich verringert werden, um die Kühlleistung des Leistungsmoduls zu verbessern. Ferner können die Größen der Chips verkleinert werden. Dadurch können die Herstellungskosten der Chips verringert werden und können die Leistungsmodule stabil (z.B. zuverlässig) betrieben werden.
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In dem technischen Gebiet der HPCU gibt es zusätzlich zu einem einseitigen oder doppelseitigen Kühltechniken für die Kühleinrichtung und das Leistungsmodul beispielsweise einen Bedarf für Techniken, welche sich auf die Form oder das Verbinden der Kühleinrichtung beziehen, welche die Kühlleistung des Leistungsmoduls verbessern. Ein Wärmeschnittstellenmaterial-Verbindungsverfahren bzw. Thermische-Schnittstelle-Material-Verbindungsverfahren (kurz: TIM-Verbindungsverfahren, wobei TIM (auf Englisch „thermal interface material“ genannt) für Wärmeschnittstellenmaterial bzw. Thermische-Schnittstelle-Material steht) ist ein repräsentatives Beispiel für Kühleinrichtung-Verbindungstechniken. Bei dem TIM-Verbindungsverfahren wird Wärmeleitpaste verwendet, um eine Kühleinrichtung mit einem Leistungsmodul zu verbinden. Beispielhafte Kühltechniken weisen ein Einseitige-Kühlung-Gehäuse (bzw. ein Gehäuse mit einseitiger Kühlung), welches eine Kühleinrichtung aufweist, die mit nur einer Fläche eines Leistungsmoduls unter Verwendung von Wärmeleitpaste verbunden ist. Alternativ weist eine Kühltechnik vom Doppelseitige-Kühlung-Form-Typ (bzw. Doppelseitige-Kühlung-Formkörper-Typ) Kühleinrichtungen auf, welche mit beiden Flächen eines Leistungsmoduls unter Verwendung von Wärmeleitpaste verbunden sind. Da die Wärmeleitpaste zwischen dem Leistungsmodul und der (den) Kühleinrichtung(en) angeordnet ist, wird folglich die Kühlleistung des Leistungsmoduls durch die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitpaste verbessert. Folglich werden die Herstellungskosten des Leistungsmoduls verringert, wobei die HPCU eine verbesserte thermische Leistungsfähigkeit hat.
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Da das TIM-Verbindungsverfahren jedoch auf beide von der Kühltechnik vom Einseitige-Kühlung-Gehäuse-Typ und der Kühltechnik vom Doppelseitige-Kühlung-Form-Typ angewendet wird, hat es begrenzte Leistungseigenschaften. Da das TIM eine niedrige Wärmeleitfähigkeit (z.B. von etwa 0 bis 5 K/Wm) hat und die HPCU (Leistungsmodulkühleinrichtung) eine thermische Leistungsfähigkeit von ungefähr 20 bis 30% hat, ist erstens die Gesamtkühlleistung der HPCU niedrig. Ein Auspumpphänomen (z.B. ein Ausdrückphänomen), bei welchem das TIM aufgrund wiederholter thermischer Kontraktion und Expansion des Leistungsmoduls bei seinem Betrieb verbraucht wird, tritt zweitens auf, was in einem Fehlen von TIM resultiert. Da die TIM-Verwendung zwischen der Kühleinrichtung und dem Leistungsmodul schwierig ist, kann drittens das Leistungsmodul eine ungleichförmige Wärmeleitfähigkeit (bzw. thermische Leitfähigkeit) aufgrund einer Variation der Dicke des TIM haben. Das Leistungsmodul kann ferner eine schlechte Zuverlässigkeit aufgrund einer teilweisen hohen Temperatur (z.B. aufgrund einer stellenweise bzw. lokal hohen Temperatur) haben. Die Kühltechnik vom Doppelseitige-Kühlung-Form-Typ, bei welcher das TIM wenigstens auf zwei bis vier Flächen des Leistungsmoduls aufgebracht ist, hat begrenzte Eigenschaften wie bei der Kühltechnik vom Einseitige-Kühlung-Gehäuse-Typ.
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Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
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Erläuterung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft einen Inverter mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material, welches in der Lage ist, eine Verbesserung der Kühlleistung und eine Kostenverringerung in einem Hybridfahrzeug zu erzielen. Ferner bietet die Erfindung ein Ausbleiben einer Veränderung einer aufgebrachten Dicke und eines Auspumpphänomens durch Verbinden einer Kühleinrichtung und eines Leistungsmoduls mittels eines SIM (wobei „SIM“ hierin kurz für „Lötverbindungsmaterial“ bzw. „Lötschnittstellenmaterial“, auf Englisch „soldering interface material“ genannt), welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, verglichen mit der Verwendung eines TIM, welches eine niedrige Wärmeleitfähigkeit hat. Eine Verringerung der Kosten einer HPCU und eine Steigerung der Wettbewerbsleistungsfähigkeit durch die verbesserte Kühlleistung des Leistungsmoduls können insbesondere erzielt werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Inverter (z.B. ein Wechselrichter) mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material (bzw. Wärmeleitfähigkeitsschnittstelle-Material) aufweisen: ein Leistungsmodul, welches Chips (z.B. (Leistungs-)Halbleiterelemente) darin aufweist, von welchen ein jeder Wärme erzeugt, wenn der Chip in Betrieb ist, eine Kühleinrichtung (bzw. einen Kühler, z.B. einen Kühlkörper), welche dazu eingerichtet ist, die Wärme von dem Leistungsmodul abzukühlen (z.B. abzuleiten), ein Chip-SIM (hierin kurz für „Chip-Lötverbindungsmaterial“ bzw. „Chip-Lötschnittstellenmaterial“), welches die Chips und das Leistungsmodul verbindet (wird in dieser Anmeldung in Bezug auf die Erfindung von „verbinden“ gesprochen, so kann das Verbinden betreffender Bauteile beispielsweise mittels einer stoffschlüssige Verbindung, mittels Bonden, mittels Löten, etc. realisiert sein), um eine innere Verbindungsschicht (z.B. eine innere Lotschicht) zu bilden, und ein Kühleinrichtung-SIM (hierin kurz für „Kühleinrichtung-Lötverbindungsmaterial“ bzw. „Kühleinrichtung-Lötschnittstellenmaterial“), welches das Leistungsmodul und die Kühleinrichtung verbindet, um eine äußere Verbindungsschicht (z.B. eine äußere Lotschicht) zu bilden. Das Chip-SIM kann eine höhere Schmelztemperatur als das Kühleinrichtung-SIM haben.
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Das Leistungsmodul kann ein Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul sein, bei welchem die Kühleinrichtung mit (z.B. nur) einer ersten Fläche des Leistungsmoduls durch das Kühleinrichtung-SIM verbunden ist. Das Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul kann aufweisen eine erste DBC-Platte (wobei DBC kurz für „direkt verbundenes Kupfer“ steht, auf Englisch „direct bonded copper“ genannt), welche mit den Chips durch das Chip-SIM verbunden ist, ein Gehäuse, welches mit der ersten DBC-Platte verbunden ist, so dass die Kühleinrichtung mit einer exponierten (bzw. nach außen hin freigelegten) Außenfläche der ersten DBC-Platte durch das Kühleinrichtung-SIM verbunden ist, und ein Füllmaterial, welches (z.B. vollständig) einen Innenraum des Gehäuses belegt (z.B. füllt). Das Füllmaterial kann ein Gel sein. Eine Grundplatte kann zwischen der exponierten Außenfläche der ersten DBC-Platte und der Kühleinrichtung angeordnet sein. Das Kühleinrichtung-SIM kann verwendet werden, um die exponierte Außenfläche der ersten DBC-Platte und die Grundplatte zu verbinden, und kann die Grundplatte und die Kühleinrichtung verbinden.
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Das Leistungsmodul kann ein Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul sein, bei welchem Kühleinrichtungen mit beiden (bzw. mit zwei) Flächen des Leistungsmoduls mittels Kühleinrichtung-Lötverbindungsmaterialen bzw. Kühleinrichtung-Lötschnittstellenmaterialen (hierin kurz „Kühleinrichtung-SIMs“ genannt) verbunden sind. Das Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul kann aufweisen eine erste und eine zweite DBC-Platte, welche zueinander benachbart (z.B. gegenüberliegend angeordnet) sind und welche einen Raum zwischen ihnen definieren, und eine Füllmaterialform (z.B. ein Füllmaterialformkörper), welche den Raum zwischen der ersten und der zweiten DBC-Platte (z.B. vollständig) füllt. Die Chips können jeweilig mit den benachbarten Flächen (z.B. den gegenüberliegenden Flächen) der ersten und der zweiten DBC-Platte mittels Chip-Lötverbindungsmaterialen bzw. Chip-Lötschnittstellenmaterialen (hierin kurz „Chip-SIMs“ genannt) verbunden sein (z.B. ein erster Chip mit der Fläche der ersten DBC-Platte und ein zweiter Chip mit der Fläche der zweiten DBC-Platte). Die Kühleinrichtungen können jeweilig mit den exponierten Außenflächen der ersten und der zweiten DBC-Platte durch die Kühleinrichtung-SIMs verbunden sein (z.B. die erste Kühleinrichtung mit der exponierten Außenfläche der ersten DBC-Platte und die zweite Kühleinrichtung mit der exponierten Außenflächen der zweiten DBC-Platte). Die Füllmaterialform kann eine Epoxid-Formmasse (EMC) sein. Ein Abstandselement (bzw. ein Distanzstück) kann zwischen der ersten und der zweiten DBC-Platte, von welchen benachbarte Flächen mit den Chips durch die Chip-SIMs verbunden sein können, angeordnet sein. Die Chip-SIMs können verwendet werden, um die Chips und das Abstandselement zu verbinden und das Abstandselement und die zweite DBC-Platte zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Hybridfahrzeug (z.B. ein Hybridkraftfahrzeug) aufweisen: einen Verbrennungsmotor, einen Motorgenerator (bzw. einen Elektromotor/Generator, z.B. eine wechselweise als Motor und als Generator betriebene elektrische Maschine), welcher dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen, wobei er mittels Elektrizität angetrieben wird (z.B. ist der Motorgenerator dazu eingerichtet, sowohl elektrische Energie zu erzeugen als auch mittels Elektrizität angetrieben bzw. betrieben (z.B. in Rotation versetzt) zu werden), eine Batterie, welche dazu eingerichtet, elektrische Energie zu liefern, wobei sie (damit) aufgeladen wird bzw. aufladbar ist (z.B. ist die Batterie dazu eingerichtet, sowohl elektrische Energie zu liefern als auch damit geladen zu werden), und eine HPCU, welche ein Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul aufweist. Das Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul kann eine erste DBC-Platte, welche mit einem ersten und eine zweiten Chip mittels eines Chip-SIM verbunden ist, ein Gehäuse, welches mit der ersten DBC-Platte verbunden ist, so dass eine erste Kühleinrichtung mit einer exponierten Außenfläche der ersten DBC-Platte mittels eines Kühleinrichtung-SIM verbunden ist, und ein Füllmaterial, welches (z.B. vollständig) einen Innenraum des Gehäuses belegt (z.B. füllt).
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Hybridfahrzeug (z.B. ein Hybridkraftfahrzeug) aufweisen: einen Verbrennungsmotor, einen Motorgenerator (bzw. einen Elektromotor/Generator, z.B. eine wechselweise als Motor und als Generator betriebene elektrische Maschine), welcher dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen, wobei er mittels Elektrizität angetrieben wird (z.B. ist der Motorgenerator dazu eingerichtet, sowohl elektrische Energie zu erzeugen als auch mittels Elektrizität angetrieben bzw. betrieben (z.B. in Rotation versetzt) zu werden), eine Batterie, welche dazu eingerichtet, elektrische Energie zu liefern, wobei sie (damit) aufgeladen wird bzw. aufladbar ist (z.B. ist die Batterie dazu eingerichtet, sowohl elektrische Energie zu liefern als auch damit geladen zu werden), und eine HPCU. Die HPCU kann ein Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul aufweisen, welches eine erste und eine zweite DBC-Platte, welche benachbart zueinander sind und einen Raum zwischen ihnen definieren, und eine Füllmaterialform (z.B. einen Füllmaterialformkörper) aufweist, die (z.B. vollständig) den Raum zwischen der ersten und der zweiten DBC-Platte belegt (z.B. füllt). Der erste und der zweite Chip können jeweilig mit den benachbarten Flächen der ersten und der zweiten DBC-Platte durch Chip-SIMs verbunden sein. Ferner können die erste und die zweite Kühleinrichtung jeweilig mit den exponierten Außenflächen der ersten und der zweiten DBC-Platte durch Kühleinrichtung-SIMs verbunden sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlicher verstanden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, wobei:
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1 eine beispielhafte Ansicht ist, welche einen Inverter vom Einseitige-Kühlung-Gehäuse-Typ mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
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2 eine beispielhafte Ansicht ist, welche einen Inverter vom Doppelseitige-Kühlung-Form-Typ mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
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3A eine beispielhafte Ansicht ist, welche ein Beispiel eines Hybridfahrzeug, auf welches der Inverter mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet ist, darstellt, und
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3B–3C beispielhafte Ansichten sind, welche eine HPCU gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird nun im Detail Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und im Folgenden beschrieben werden. Die Erfindung kann jedoch auf verschiedene Arten ausgeführt bzw. realisiert werden und sollte nicht als durch die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt interpretiert werden. Die Erfindung ist im Gegenteil dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern auch diverse Alternativen, Änderungen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, enthalten sein können. Durchgehend durch die Beschreibung beziehen sich durchgehend durch zahlreiche Figuren und beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder gleichwertige Bauteile der vorliegenden Erfindung.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck des Beschreibens von bestimmten Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung zu beschränken. Die wie hierin verwendeten Singular-Formen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ sind dazu gedacht, auch die Mehrzahlformen einzuschließen, außer der Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin. Ferner ist zu verstehen, dass die Begriffe „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorliegen von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, und/oder Bauteilen spezifizieren, jedoch nicht die Anwesenheit oder das Hinzufügen von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, weist der Begriff “und/oder“ jede sowie alle Kombinationen von einem oder mehreren der dazugehörig aufgezählten Gegenstände auf. Um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlich zu machen, werden Teile ohne Bezug nicht gezeigt und sind die Dicken von Schichten und Bereichen zur Deutlichkeit übertrieben. Wenn ferner davon gesprochen wird, dass eine Lage / Schicht „an“ einer anderen Lage / Schicht oder Substrat vorliegt, kann sie direkt an einer anderen Lage / Schicht oder Substrat sein oder kann eine dritte Lage / Schicht dazwischen angeordnet sein.
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Es ist zu verstehen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-...“ oder irgendein ähnlicher Begriff, welcher hier verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen, wie z.B. Personenkraftfahrzeuge, einschließlich sogenannter Sportnutzfahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, zahlreiche kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl an Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen einschließt und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge für alternative Treibstoffe (z.B. Treibstoffe, welche aus anderen Ressourcen als Erdöl hergestellt werden) einschließt. Ein Hybridfahrzeug, auf welches hier Bezug genommen wird, ist ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Energiequellen hat, z.B. Fahrzeuge, welche sowohl mit Benzin als auch elektrisch betrieben werden.
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Wenn nicht besonders erwähnt oder aus dem Kontext naheliegend (z.B. nichts Gegenteiliges besonders erwähnt oder aus dem Kontext naheliegend ist), ist der hierin verwendete Begriff „etwa“ (bzw. „ungefähr“) als innerhalb einer normalen Toleranz in der Technik, z.B. innerhalb 2 Standardabweichungen vom Mittelwert, zu verstehen. „Etwa“ (bzw. „ungefähr“) kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, oder 0,01% vom genannten Wert verstanden werden. Wenn nichts Gegenteiliges aus dem Kontext deutlich ist, sind alle hierin bereitgestellten Zahlenwerte durch den Begriff „etwa“ modifiziert.
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1 ist eine beispielhafte Ansicht, welche einen Inverter (z.B. einen Wechselrichter) vom Einseitige-Kühlung-Gehäuse-Typ mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann der Inverter vom Einseitige-Kühlung-Gehäuse-Typ 1 ein Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10, eine erste Kühleinrichtung 20-1 und einen Lötverbindungsmaterial-Verbindungsabschnitt bzw. Lötschnittstellenmaterial-Verbindungsabschnitt (hierin kurz „SIM-Verbindungsabschnitt) 30 aufweisen. Der Inverter vom Einseitige-Kühlung-Gehäuse-Typ 1 kann eine HPCU sein oder kann gemeinsam mit der HPCU eingerichtet sein.
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Das Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 kann ein Gehäuse 11, welches sich an einer (z.B. an nur einer) Fläche von seinen rechteckigen Flächen öffnet (bzw. eine Öffnung aufweist), eine erste Direkt-Verbundenes-Kupfer-Platte (kurz „DBC-Platte“) 13-1, welche die offene Fläche des Gehäuses 11 abdeckt, einen ersten und einen zweiten Chip 15-1 und 15-2, welche innerhalb des Innenraums des Gehäuses 11 mit der ersten DBC-Platte 13-1 verbunden sind, und ein Füllmaterial 17 aufweisen, welches den Innenraum des Gehäuses 11 (z.B. vollständig) füllt. Ferner kann das Gehäuse 11 eine runde (z.B. kreisförmige) oder eine dreieckige Form oder eine polygonale Form haben, um die erste DBC-Platte 13-1 zu exponieren (z.B. nach außen hin freizulegen), so dass sie zu einer Seite davon hin exponiert (z.B. nach außen hin freigelegt). Ein Kupfersubstrat kann auf die erste DBC-Platte 13-1 (z.B. direkt) aufgebracht sein. Der erste und der zweite Chip 15-1 und 15-2 können ein Halbleiterchip sein. Das Füllmaterial 17 kann ein Gel sein, welches gefertigt ist, so dass eine kolloidale Lösung auf oberhalb einer bestimmte Konzentration verdickt wird, um in eine kompakte netzartige (z.B. vernetzte) Form verfestigt zu werden.
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Die erste Kühleinrichtung 20-1 kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen an dem Gehäuse 11 des Einseitige-Kühlung-Leistungsmoduls 10 angebracht sein und dazu eingerichtet sein, Wärme, welche von dem Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 erzeugt wird, aufzunehmen (bzw. zu absorbieren) und abzuführen (bzw. zu dissipieren) durch eine Oberflächenvergrößerung mittels des gerippten (bzw. gewellten) Abschnitts davon. Die erste Kühleinrichtung 20-1 kann beispielsweise an der exponierten Außenfläche der ersten DBC-Platte 13-1 angebracht sein, wenn das Gehäuse 11 beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt hat, wobei die erste DBC-Platte 13-1 mit einer (z.B. mit nur einer) Fläche des Gehäuses 11 verbunden ist.
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Der SIM-Verbindungsabschnitt 30 kann Chip-SIMs 31, welche die inneren Komponenten des Einseitige-Kühlung-Leistungsmoduls 10 verbinden, ein Kühleinrichtung-SIM 33, welches eine niedrigere Schmelztemperatur als die Chip-SIMs hat, um damit die erste Kühleinrichtung 20-1 mit dem Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 zu verbinden, und eine Grundplatte 35 aufweisen, welche zwischen der ersten Kühleinrichtung 20-1 und dem Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 angeordnet ist. Beispielsweise können die Chip-SIMs 31 dazu verwendet werden, die erste DBC-Platte 13-1 und den ersten und den zweiten Chip 15-1 und 15-2 zu verbinden und die erste DBC-Platte 13-1 und die erste Grundplatte 35 zu verbinden, wodurch sie direkt auf das Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 aufgebracht sind. Andererseits kann das Kühleinrichtung-SIM 33 dazu verwendet werden, die Grundplatte 35 und die erste Kühleinrichtung 20-1 zu verbinden, wodurch es direkt auf die erste Kühleinrichtung 20-1 aufgebracht ist. Mit anderen Worten können die Chip-SIMs 31 direkt auf das Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 aufgebracht sein, um innere Lotschichten zu bilden, und kann das Kühleinrichtung-SIM 33 direkt auf die erste Kühleinrichtung 20-1 aufgebracht sein, um eine äußere Lotschicht zu bilden.
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Das Kühleinrichtung-SIM 33 kann insbesondere eine niedrigere Schmelztemperatur als die Chip-SIMs 31 haben. Die niedrigere Schmelztemperatur kann verhindern, dass die Lotschicht (das Chip-SIM 31), welche zwischen der Grundplatte 25 und der ersten DBC-Platte 13-1 angeordnet ist, und die Lotschicht (das Chip-SIM 31), welche zwischen der ersten DBC-Platte 13-1 und dem ersten und dem zweiten Chip 15-1 und 15-2 angeordnet ist, aufgrund der hohen Temperatur, welche erzeugt wird, wenn die erste Kühleinrichtung 20-1 an der Grundplatte angelötet wird, wieder (auf)schmelzen. Außerdem kann die Grundplatte 35 aus einem Material mit Ausnahme von Keramik, welche ein Löten (z.B. mit Lötzinn) verhindert, gefertigt sein.
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2 ist eine beispielhafte Ansicht, welche einen Inverter vom Doppelseitige-Kühlung-Form-Typ mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in der Zeichnung gezeigt, kann der Inverter vom Doppelseitige-Kühlung-Form-Typ (bzw. vom Doppelseitige-Kühlung-Formkörper-Typ) 1-1 ein Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1, eine erste und eine zweite Kühleinrichtung 20-1 und 20-2 und einen SIM-Verbindungsabschnitt 30 aufweisen. Der Inverter vom Doppelseitige-Kühlung-Form-Typ 1-1 kann eine HPCU sein oder kann mit der HPCU verbunden (z.B. gemeinsam mit dieser gekoppelt) sein.
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Das Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1 kann insbesondere eine erste und eine zweite DBC-Platte 13-1 und 13-2 aufweisen, die voneinander mit einem Abstand getrennt sind und benachbart zueinander sind. Ein erster und ein zweiter Chip 15-1 und 15-2 können ferner mit der ersten DBC-Platte 13-1 verbunden sein, und eine Füllmaterialform (z.B. ein Füllmaterialformkörper) 17-1 kann unter Umgeben der ersten und der zweiten DBC-Platte 13-1 und 13-2 den Innenraum, welcher durch die erste und die zweite DBC-Platte 13-1 und 13-2 definiert ist, einkapseln (bzw. umschließen), wobei eine Fläche einer jeden von der ersten und der zweiten DBC-Platte 13-1 und 13-2 hin zur Außenseite exponiert ist (bzw. bleibt). Der erste und der zweite Chip 15-1 und 15-2 können ein Halbleiterchip sein. Die Füllmaterialform kann eine Epoxid-Formmasse (EMC) verwenden bzw. daraus gefertigt sein.
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Die erste und die zweite Kühleinrichtung 20-1 und 20-2 können jeweilig an den exponierten Außenflächen der ersten und der zweiten DBC-Platte 13-1 und 13-2 des Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmoduls 10-1 angebracht sein. Jede von der ersten und der zweiten Kühleinrichtung 20-1 und 20-2 kann dazu eingerichtet sein, Wärme, welche von dem Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1 erzeugt wird, aufzunehmen (bzw. zu absorbieren) und abzuführen (bzw. zu dissipieren) durch eine Oberflächenvergrößerung mittels des gerippten (bzw. gewellten) Abschnitts davon. Die erste Kühleinrichtung 20-1 kann beispielsweise an der exponierten Außenfläche der ersten DBC-Platte 13-1 angebracht sein, und die zweite Kühleinrichtung 20-2 kann an der exponierten Außenfläche der zweiten DBC-Platte 13-2 angebracht sein. Die erste und zweite Kühleinrichtung 20-1 und 20-2 können insbesondere dieselben Komponenten haben.
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Der SIM-Verbindungsabschnitt 30 kann Chip-SIMs 31, welche die inneren Komponenten des Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmoduls verbinden, und Kühleinrichtung-SIMs 33, welche eine niedrigere Schmelztemperatur als die Chip-SIMs 31 haben können, um damit sowohl die erste Kühleinrichtung 20-1 als auch die zweite Kühleinrichtung 20-2 mit dem Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1 zu verbinden, aufweisen. Ein (z.B. wenigstens ein) Abstandselement 35-1 kann in das Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1 mittels der Chip-SIMs 31 (z.B. durch eine stoffschlüssige Verbindung mit den Chip-SIMs 31) eingebunden sein. Beispielsweise können die Chip-SIMs 31 dazu verwendet werden, die erste DBC-Platte 13-1 und den ersten und den zweiten Chip 15-1 und 15-2 zu verbinden und den ersten und den zweiten Chip 15-1 und 15-2, das Abstandselement 35-1 sowie die zweite DBC-Platte 13-2 zu verbinden, wodurch sie direkt auf das Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1 aufgebracht ist. Beispielsweise kann eine erste Seite des ersten Chips 15-1 mittels einer Chip-SIM 31 mit der ersten DBC-Platte 13-1 verbunden sein, eine zweite Seite des ersten Chips 15-1 mittels einer Chip-SIM 31 mit einer ersten Seite eines ersten Abstandselements 35-1 verbunden sein und eine zweite Seite des ersten Abstandselements 35-1 mit der zweiten DBC-Platte 13-2 verbunden sein und ferner kann eine erste Seite des zweiten Chips 15-2 mittels einer Chip-SIM 31 mit der zweiten DBC-Platte 13-2 verbunden sein, kann eine zweite Seite des zweiten Chips 15-2 mittels einer Chip-SIM 31 mit einer ersten Seite eines zweiten Abstandselements 35-1 verbunden sein und kann eine zweite Seite des zweiten Abstandselements 35-1 mit der ersten DBC-Platte 13-1 verbunden sein
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Andererseits können die Kühleinrichtung-SIMs 33 dazu verwendet werden, die erste Kühleinrichtung 20-1 und die exponierte Außenfläche der ersten DBC-Platte 13-1 zu verbinden und die zweite Kühleinrichtung 20-2 und die exponierte Außenfläche der zweiten DBC-Platte 13-2 zu verbinden, wodurch sie direkt auf die jeweilige der ersten und der zweiten Kühleinrichtung 20-1 und 20-2 aufgebracht sind. Mit anderen Worten können die Chip-SIMs 31, welche direkt auf das Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1 aufgebracht sind, innere Lotschichten bilden, und können die Kühleinrichtung-SIMs 33, welche direkt auf die jeweilige der ersten und der zweiten Kühleinrichtung 20-1 und 20-2 aufgebracht sind, äußere Lotschichten bilden.
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Jedes von den Kühleinrichtung-SIMs 33 kann insbesondere eine niedrigere Schmelztemperatur als die Chip-SIMs 31 haben. Folglich kann verhindert werden, dass die Lotschichten (die Chip-SIMs 31), welche zwischen dem Abstandselement 35-1, der zweiten DBC-Platte 13-2 und dem ersten und dem zweiten Chip 15-1 und 15-2 angeordnet sind, und die Lotschicht (die Chip-SIMs 31), welche zwischen der ersten DBC-Platte 13-1 und dem ersten und dem zweiten Chip 15-1 und 15-2 angeordnet ist, wieder (auf)schmelzen. Beispielsweise kann die hohe Temperatur, welche erzeugt wird, wenn die erste und die zweite Kühleinrichtung 20-1 und 20-2 jeweilig mit der ersten und der zweiten DBC-Platte 13-1 und 13-2 verlötet werden, das Wieder(auf)schmelzen verursachen. Außerdem kann das Abstandselement 35-1 aus einem Material mit Ausnahme von Keramik, welche ein Löten (z.B. mit Lötzinn) verhindert, gefertigt sein.
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Ferner ist 3A eine beispielhafte Ansicht, welche ein Beispiel eines Hybridfahrzeugs, auf welches der Inverter mit Wärmeleitungsschnittstelle-Material angewendet ist, darstellt. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann das Hybridfahrzeug 100 aufweisen: einen Verbrennungsmotor 110, einen Motorgenerator 130, welcher dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen, wobei er mittels Elektrizität auch angetrieben wird (bzw. dazu eingerichtet, sowohl elektrische Energie zu erzeugen als auch mittels Elektrizität angetrieben bzw. betrieben (z.B. in Rotation versetzt) zu werden), eine Batterie 150, welche dazu eingerichtet, elektrische Energie zu liefern, wobei sie (damit) auch aufgeladen wird bzw. aufladbar ist (bzw. dazu eingerichtet, sowohl elektrische Energie zu liefern als auch damit geladen zu werden), und eine HPCU 170, welche dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung zu erhöhen, um einen auf ein System angelegten Strom zu verringern. Der Verbrennungsmotor 110 kann ein Verbrennungsmotor sein, welcher Benzin, Diesel oder Flüssiggas (LPG) als Kraftstoff verwendet, und ermöglicht es dem Hybridfahrzeug 100, angetrieben zu werden. Der Motorgenerator 130 kann als zwei Motorgeneratoren eingerichtet sein und kann es dem Hybridfahrzeug 100 ermöglichen, angetrieben zu werden. Die Batterie 150 kann als eine Hochvoltbatterie (bzw. eine Batterie mit hohem Spannungsniveau) und als eine Niedervoltbatterie (bzw. eine Batterie mit niedrigem Spannungsniveau) eingerichtet sein.
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Die HPCU 170 kann eine Induktivität (z.B. eine oder mehrere Spule), welche dazu eingerichtet ist, eine Eingangsspannung zu erhöhen, einen Kondensator, welcher dazu eingerichtet ist, einen Eingangsstrom zu glätten, einen Hochvoltverbinder (z.B. einen Verbinder für hohe Spannungsniveaus), welcher eine Schnittstelle, die dazu eingerichtet ist, eine Wechselstrom-(AC-)-Ausgangsspannung an den Motorgenerator 130 zu liefern, bereitstellt, und das in 1 gezeigte Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 oder das in 2 gezeigte Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1, welche dazu eingerichtet sind, eine Gleichstrom-(DC-)Spannung in eine dreiphasige AC-Spannung zu wandeln, aufweisen. Die HPCU 170 kann insbesondere das Einseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10 oder das Doppelseitige-Kühlung-Leistungsmodul 10-1 unter Verwendung des Lötvorgangs (z.B. unter Verwendung eines Lötverbindungsvorgangs) anstatt unter Verwendung des existierenden Wärmeleitpaste-Vorgangs (z.B. des existierenden Wärmeleitpaste-Verbindungsvorgangs) aufweisen. Folglich kann die Kühlleistung des Leistungsmoduls eine verbesserte Effizienz haben, sogar obwohl das Leistungsmodul eine erhebliche Wärmemenge aufgrund der hohen inneren Spannung und seinem hohen inneren Strom (z.B. dem hohen Strom der durch das Leistungsmodul strömt) erzeugt. Dadurch kann die Gesamtleistung des Hybridfahrzeugs 100 basierend auf der effizienten Kühlleistung der HPCU 170 signifikant verbessert werden.
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Wie oben beschrieben weist das Hybridfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 3B und 3C gezeigt, die HPCU 170 auf, welche das Leistungsmodul 10 oder 10-1 aufweist, welches die Chips 15-1 und 15-2 darin aufweist. Jeder Chip kann dazu eingerichtet sein, beim Betrieb Wärme zu erzeugen. Die Kühleinrichtung(en) 20-1 oder/und 20-2 kann dazu eingerichtet sein, die Wärme von dem Leistungsmodul 10 oder 10-1 zu verringern (z.B. abzuleiten). Die Chip-SIMs 31 können die Chips 15-1 und 15-2 und das Leistungsmodul 10 oder 10-1 verbinden, um innere Lötschichten zu bilden. Das (Die) Kühleinrichtung-SIM(s) 33 können das Leistungsmodul 10 oder 10-1 und die Kühleinrichtung(en) 20-1 oder/und 20-2 verbinden und können dadurch die äußeren Lotschichten bilden. Eine Kühlleistung kann folglich verbessert werden und die Kosten können verringert werden, ohne ein Vorhandensein einer Variation der aufgebrachten Dicke und einem Auspumpphänomen, welche bei Verwendung eines TIM, welches eine niedrige(re) Wärmeleitfähigkeit hat, verursacht werden. Eine Verringerung der Kosten der HPCU 70 und eine Realisierung einer hohen Wettbewerbsleistungsfähigkeit kann durch die verbesserte Kühlleistung der erfindungsgemäßen HPCU 170 erreicht werden.
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Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist die HPCU die Kühleinrichtung und das Leistungsmodul auf, welche unter Verwendung des SIM, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, verbunden sind, was zahlreiche Vorteile bietet. Erstens hat die HPCU eine verbesserte Kühlleistung von ungefähr 30% im Vergleich zur Verwendung des TIM, welches eine niedrige Wärmeleitfähigkeit hat. Zweitens können die Größe und Kosten des Chips durch die verbesserte Kühlleistung des Leistungsmoduls verringert werden und kann folglich die HPCU eine verbesserte Wettbewerbsleistungsfähigkeit haben. Da das SIM nicht aufgrund des Auspumpphänomens verbraucht wird, sogar obwohl das Leistungsmodul wiederholt betrieben werden kann, kann drittens die HPCU stabil (z.B. zuverlässig) betrieben werden. Viertens kann die Kompensation der Höhenvariation des Leistungsmoduls durch die äußeren Lotschichten, welche zwischen dem Leistungsmodul und der Kühleinrichtung angeordnet sind, durchgeführt werden. Der Vorgang des Anpassens der Höhenvariation des Leistungsmoduls kann zusammen mit der Vereinfachung des Vorgangsmanagements zum Anpassen der Höhenvariation des Leistungsmoduls vereinfacht werden. Da die HPCU die Kühleinrichtung und das Leistungsmodul, welche unter Verwendung des SIM verbunden sind, aufweist und in den Fahrzeugen montiert ist, kann die HPCU außerdem einfacher auf existierende Wasserstoffbrennstoffzellenfahrzeuge zusätzlich zu den Elektro- und den Hybridfahrzeugen angewendet werden.
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Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf die referenzierten beispielhaften Ausführungsformen beschrieben und gezeigt wurde, ist es für die Fachmänner zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen getätigt werden können, ohne dabei vom Sinn und Umfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, abzuweichen. Die beispielhaften Ausführungsformen sollten lediglich in einem veranschaulichenden Sinn gesehen werden und nicht zum Zwecke der Einschränkung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2015-0138540 [0001]
