DE102017210706A1 - Electrical assembly and method for controlling an electrical assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe (1) mit einer Sensorik (10) und ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Baugruppe (1). Dabei werden mittels eines Steuergerätes von der Sensorik (10) bereitgestellte Messdaten, welche eine thermomechanische Eigenschaft der Baugruppe (1) charakterisieren, empfangen und zu einem Steuersignal für wenigstens ein aktives Beeinflussungselement (17) der Baugruppe (1) verarbeitet. Mittels des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselements (17) wird durch aktive Beeinflussung wenigstens eines Bauelementes (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe (1) in Abhängigkeit von dem Steuersignal die thermomechanische Eigenschaft beeinflusst und dadurch ein Ausdehnungsunterschied zwischen wenigstens zwei Bauelementen (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) der Baugruppe (1) minimiert. The invention relates to an electrical assembly (1) with a sensor (10) and a method for controlling an electrical assembly (1). In this case, measurement data provided by the sensor system (10) which characterize a thermo-mechanical property of the module (1) are received and processed into a control signal for at least one active influencing element (17) of the module (1). By means of the at least one active influencing element (17), the thermomechanical property is influenced by active influencing of at least one component (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) of the assembly (1) as a function of the control signal and thereby an expansion difference between minimizes at least two components (2, 3, 4, 5, 6, 7, 9) of the assembly (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Baugruppe mit einer Sensorik und ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Baugruppe.The invention relates to an electrical assembly with a sensor and a method for controlling an electrical assembly.
Aktuelle innovative Aufbaukonzepte für elektrische und elektronische Baugruppen zeichnen sich durch einen zunehmenden Grad an Integration und Miniaturisierung aus. Besonders problematisch gestalten sich dabei eine kontrollierte, zielgerichtete Entwärmung und eine Handhabung schädigender Ausdehnungsdifferenzen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten verschiedener Bauteile oder Bauelemente.Current innovative design concepts for electrical and electronic assemblies are characterized by an increasing degree of integration and miniaturization. Particularly problematic thereby are a controlled, targeted cooling and handling damaging expansion differences by different thermal expansion coefficients of various components or components.
Diese unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten können ebenso wie Temperaturgradienten innerhalb der Baugruppen zu thermomechanischen Spannungen führen, welche je nach Ausführung von Fügeverbindungen zwischen unterschiedlichen Bauelementen oder Funktionsmaterialien jeweilige Grenzflächen, Fügematerialien und funktionale Elemente kumulativ schädigen können. Ein prominentes Beispiel hierfür aus der Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik ist die bekannte Lotermüdung infolge zyklischer Wechsellasten.As well as temperature gradients within the assemblies, these different expansion coefficients can lead to thermomechanical stresses which, depending on the design of joint connections between different components or functional materials, can cause cumulative damage to respective interfaces, joining materials and functional elements. A prominent example of this from the construction and connection technology of electronics is the known solder fatigue due to cyclic exchange loads.
Bekannte Ansätze, um diesem Problemen zu begegnen, streben typischerweise eine passive Abstimmung (Matching) von jeweiligen Belastungen und jeweiliger Belastbarkeit der Betroffenen Bau- und Strukturelemente an. Es wird also versucht, jeweilige Fügepartner und Materialien so zu kombinieren, dass Ausdehnungsdifferenzen, also Fehlausdehnungen, konstruktiv bestmöglich vermieden werden. Zudem werden möglichst ermüdungsresistente Lotwerkstoffe und/oder große Fügespalte eingesetzt, die einen Stressabbau fördern. Diese Maßnahmen stoßen heutzutage jedoch an ihre Grenzen aufgrund von zunehmenden Miniaturisierungsnotwendigkeiten, steigende Anforderungen an eine elektrische und thermische Performanz und damit einhergehende, bei einem Betrieb entstehende Temperaturgradienten. Um die heutzutage oftmals geforderte elektrische und thermische Performanz zu erzielen, wird beispielsweise versucht, Keramikmaterialien und Glasfaserverbundmaterialien auf engstem Raum zu kombinieren, obwohl diese Materialien ein sehr unterschiedliches Ausdehnungsverhalten bei thermischer Belastung, also einen großen Ausdehnung-Mismatch aufweisen. Es sind also neue Lösungsansätze gefordert, da die auftretenden Probleme und Herausforderungen mittels der bekannten konventionellen Maßnahmen nicht mehr mit zufriedenstellender Qualität und Kosteneffizienz gehandhabt werden können.Known approaches to counteract these problems typically aim for a passive matching of the respective loads and the respective load capacity of the affected building and structural elements. It is therefore attempted to combine respective joining partners and materials in such a way that expansion differences, that is to say faulty expansions, are optimally avoided in terms of design. In addition, the most fatigue-resistant brazing materials and / or large joint gaps are used, which promote stress reduction. Today, however, these measures are reaching their limits due to the increasing need for miniaturization, increasing demands on electrical and thermal performance, and associated temperature gradients arising during operation. In order to achieve the often required today electrical and thermal performance, for example, attempts to combine ceramic materials and glass fiber composites in a confined space, although these materials have a very different expansion behavior under thermal stress, ie a large expansion mismatch. Thus, new solutions are required, since the problems and challenges that occur can no longer be handled with satisfactory quality and cost efficiency by means of the known conventional measures.
Beispielsweise stehen ein Einsatz und eine Verbesserung der bisher verwendeten passiven stofflich-geometrischen Optimierungen deutlich den Entwicklungszielen der Miniaturisierung, Kosteneffizienz und Funktionalitätssteigerung entgegen. So verteuert ein Einsatz von hochgradig belastungsresistenten Lotmaterialien ebenso wie ein Übergang zu höherwertigen Fügeverfahren - beispielsweise Löten anstelle von Sintern - ein jeweiliges Produkt signifikant.For example, use and improvement of the previously used passive material-geometric optimizations clearly counteract the development goals of miniaturization, cost efficiency and increased functionality. For example, the use of highly stress-resistant solder materials, as well as a transition to higher-value joining processes - for example soldering instead of sintering - significantly increases the cost of a particular product.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Baugruppe mit einem verbesserten thermomechanischen Verhalten zu schaffen.Object of the present invention is to provide an electrical assembly with improved thermo-mechanical behavior.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.This object is achieved by one of the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims as well as in the description and in the drawing.
Eine erfindungsgemäße elektrische Baugruppe weist eine Sensorik und wenigstens ein steuerbares aktives Beeinflussungselement sowie ein mit diesem verbundenes Steuergerät auf. Das Steuergerät verarbeitet von der Sensorik bereitgestellte Messdaten, welche eine thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe charakterisieren, zu einem Steuersignal für das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement. Das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement beeinflusst in Abhängigkeit von dem Steuersignal durch aktive Beeinflussung wenigstens eines Bauelementes der Baugruppe die thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe und minimiert dadurch einen Ausdehnungsunterschied, also eine Fehlausdehnung, zwischen wenigstens zwei Bauelementen der Baugruppe. Mit anderen Worten beeinflusst die elektrische Baugruppe ihre thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften also selbst mittels eines Steuerungs- oder Regelkreises.An electrical subassembly according to the invention has a sensor system and at least one controllable active influencing element as well as a control device connected thereto. The control unit processes measurement data provided by the sensor system, which characterize a thermal and / or mechanical property of the module, to a control signal for the at least one active influencing element. The at least one active influencing element influences the thermal and / or mechanical property of the assembly as a function of the control signal by actively influencing at least one component of the assembly and thereby minimizes an expansion difference, ie a faulty expansion, between at least two components of the assembly. In other words, the electrical module thus influences its thermal and / or mechanical properties itself by means of a control or regulating circuit.
Die elektrische oder elektronische Baugruppe kann im Sinne der vorliegenden Erfindung als konstruktiver und/oder funktioneller Verbund beziehungsweise als konstruktive und/oder funktionelle Einheit aus integrierten und/oder diskreten, aktiven und/oder passiven Bauteilen oder Bauelementen verstanden werden. Diese Bauteile oder Bauelemente können durch ein elektrisches Leitungsnetz elektrisch miteinander verbunden sein. Das wenigstens eine Bauelement, das aktiv beeinflusst wird, muss dabei nicht notwendigerweise eine elektrische oder elektronische signal- oder datenverarbeitende oder -weiterleitende Funktion erfüllen. Das wenigstens eine Bauelement kann also ein elektrisch isolierendes Stütz- oder Strukturelement oder ein Kühlelement der Baugruppe sein.For the purposes of the present invention, the electrical or electronic assembly can be understood as a constructive and / or functional composite or as a structural and / or functional unit made of integrated and / or discrete, active and / or passive components or components. These components or components may be electrically connected to each other by an electrical line network. The at least one component that is actively influenced does not necessarily have to fulfill an electrical or electronic signal or data processing or forwarding function. The at least one component can therefore be an electrically insulating support or structural element or a cooling element of the module.
Die aktive Beeinflussung des Bauelementes kann beispielsweise bedeuten, dass eine thermische, mechanische und/oder elektrische Eigenschaft des Bauelementes oder ein entsprechender Parameterwert beeinflusst, also modifiziert wird. Ebenso kann die aktive Beeinflussung beispielsweise eine Positions-, Lage-, Form- und/oder Größenänderung des Bauteils umfassen oder bedeuten. Dazu kann das aktive Beeinflussungselement beispielsweise als Mikrosystem (MEMS, Mikroelektromechanisches System) ausgebildet sein. Das aktive Beeinflussungselement kann auf oder an dem wenigstens einen Bauelement angeordnet, in dieses eingebettet oder integriert oder mit diesem, beispielsweise über eine elektrische Leitung oder ein mechanisches und/oder thermisches Verbindungselement, verbunden beziehungsweise gekoppelt sein. Um die aktive Beeinflussung zu bewirken, kann das aktive Beeinflussungselement beispielsweise an eine Energieversorgung der elektrischen Baugruppe angeschlossen sein und hierüber mit Energie versorgt werden. Gleiches kann auch für das Steuergerät gelten.The active influence of the component can mean, for example, that a thermal, mechanical and / or electrical property of the device or a corresponding parameter value influenced, that is modified. Likewise, the active influence, for example, include or mean a position, position, shape and / or size change of the component. For this purpose, the active influencing element can be designed, for example, as a microsystem (MEMS, microelectromechanical system). The active influencing element can be arranged on or at the at least one component, embedded in or integrated therein or connected or coupled thereto, for example via an electrical line or a mechanical and / or thermal connection element. In order to bring about the active influencing, the active influencing element can for example be connected to a power supply of the electrical assembly and be supplied with energy via this. The same can also apply to the control unit.
Das Steuergerät kann beispielsweise ein Mikrochip, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein oder einen solchen aufweisen. Das Steuergerät kann als Bauelement der elektrischen Baugruppe in oder an dieser angeordnet sein. Ebenso ist es jedoch möglich, das Steuergerät räumlich beabstandet von übrigen miteinander verbundenen Bauelementen der Baugruppe anzuordnen. Während eine Anordnung des Steuergerätes zusammen mit den übrigen Bauelementen der elektrischen Baugruppe in einem herkömmlichen Verbund vorteilhaft sein kann bezüglich einer Miniaturisierung, Unabhängigkeit und vereinfachten Kontaktierbarkeit, kann eine räumlich getrennte Anordnung des Steuergerätes beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn dieses mehrere elektrische Baugruppen beziehungsweise jeweils wenigstens ein aktives Beeinflussungselement unterschiedlicher elektrischer Baugruppen steuert, also mit Steuersignalen versorgt. Hierzu können das Steuergerät und die übrigen Bauelemente der elektrischen Baugruppe beziehungsweise der elektrischen Baugruppen beispielsweise auf einer größeren Platine angeordnet und/oder in ein größeres elektrisches oder elektronisches System eingebunden sein.The control unit may be, for example, a microchip, a microcontroller or the like or have such. The control unit can be arranged as a component of the electrical assembly in or on this. However, it is also possible to arrange the control unit spatially spaced from the other interconnected components of the assembly. While an arrangement of the control device together with the other components of the electrical assembly in a conventional composite may be advantageous in terms of miniaturization, independence and simplified contactability, a spatially separated arrangement of the controller, for example, be advantageous if this multiple electrical components or respectively at least one controls active influencing element of different electrical components, that is supplied with control signals. For this purpose, the control unit and the other components of the electrical module or the electrical components can be arranged for example on a larger board and / or integrated into a larger electrical or electronic system.
Ein Ausdehnungsunterschied, also eine Ausdehnungsdifferenz, zwischen wenigstens zwei Bauelementen oder Teilbereichen der Baugruppe meint im Sinne der vorliegenden Erfindung eine unterschiedliche thermische Ausdehnung, also beispielsweise eine unterschiedliche Längen-, Größen- und/oder Formänderung, der wenigstens zwei Bauelemente oder Teilbereiche, welche durch unterschiedliche Temperaturen und/oder unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der wenigstens zwei Bauelemente oder Teilbereiche verursacht ist beziehungsweise verursacht wird. Derartige Ausdehnungsunterschiede können zu einer Beschädigung der Beteiligten Bauelemente, eines Fügematerials beziehungsweise einer Verbindung zwischen diesen und/oder anderer Bauelemente oder Teilbereiche der elektrischen Baugruppe führen. Konkret können hierdurch beispielsweise mechanische Spannungen innerhalb der elektrischen Baugruppe entstehen, die zu einem Brechen oder Reißen von Bauelementen und/oder Verbindungen beziehungsweise Fügematerialien führen können. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden derartige Ausdehnungsunterschiede daher auch als Fehlausdehnungen bezeichnet.An expansion difference, ie an expansion difference between at least two components or sub-areas of the assembly means in the context of the present invention, a different thermal expansion, so for example a different length, size and / or shape change, the at least two components or sub-areas, which by different Temperatures and / or different thermal expansion coefficients of the at least two components or subregions is caused or caused. Such differences in expansion can lead to damage of the components involved, a joining material or a connection between these and / or other components or subregions of the electrical assembly. In concrete terms, this can for example result in mechanical stresses within the electrical assembly, which can lead to breakage or tearing of components and / or connections or joining materials. For the purposes of the present invention, such differences in expansion are therefore also referred to as faulty expansions.
Zu Beschädigungen durch Fehlausdehnungen kann es insbesondere bei zyklisch belasteten, also thermischen, mechanischen und/oder elektrischen Wechsellastern ausgesetzten, Bauelementen, Verbindungen oder Baugruppen kommen. Die vorliegende Erfindung kann also in derartigen Anwendungsgebieten besonders vorteilhaft eingesetzt werden, um Beschädigungen zu vermeiden, eine vorzeitige Alterung der Bauelemente, Verbindungen und/oder Baugruppen zu vermeiden und somit für eine verlängerte Lebensdauer und/oder eine erhöhte thermische, mechanische und/oder elektrische Belastbarkeit zu sorgen. Durch den Einsatz des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselements und dessen Steuerung zur Vermeidung oder Minimierung von Ausdehnungsunterschieden wird durch die vorliegende Erfindung vorteilhaft eine Belastung empfindlicher Bauelemente verringert und somit ein Einsatz kostengünstigerer Bauelemente und/oder Werkstoffe ermöglicht. Zudem können hierdurch zusätzliche Gestaltungsfreiheiten, Optimierungsspielräume und Flexibilitäten für ein Design, einen Aufbau und/oder eine Geometrie der elektrischen Baugruppe geschaffen oder ausgenutzt werden. Insgesamt kann die vorliegende Erfindung somit vorteilhaft eine weitere Miniaturisierung, eine kostengünstigere Fertigung und/oder eine Erhöhung einer Leistungsdichte ermöglichen.Damage caused by incorrect expansion may occur, in particular, in the case of cyclically loaded components, connections or assemblies that are exposed to thermal, mechanical and / or electrical changeover switches. The present invention can therefore be used particularly advantageously in such fields of application in order to avoid damage, to prevent premature aging of the components, connections and / or assemblies and thus for a prolonged service life and / or increased thermal, mechanical and / or electrical load capacity to care. Through the use of the at least one active influencing element and its control for avoiding or minimizing expansion differences, the present invention advantageously reduces stress on sensitive components and thus enables the use of less expensive components and / or materials. In addition, additional design freedom, optimization scope and flexibility for a design, a structure and / or a geometry of the electrical assembly can be created or exploited. Overall, the present invention can thus advantageously allow further miniaturization, a more cost-effective production and / or an increase in power density.
Während bei einer Gestaltung oder einem Aufbau herkömmlicher elektrischer Baugruppen bisher üblicherweise ein externer Einfluss, also beispielsweise eine Umgebungstemperatur an einem jeweiligen Einsatzort der elektrischen Baugruppe, als maßgebliche Einflussgröße berücksichtigt wird, ist es ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, innerhalb der elektrischen Baugruppe auftretende interne Bedingungen, Gegebenheiten und Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Der vorliegenden Erfindung liegt also die Erkenntnis zugrunde, dass im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung und Leistungssteigerung elektrischer Baugruppen bei einem Betrieb der Baugruppe innerhalb dieser durch deren Bauelemente selbst hervorgerufene Bedingungen, insbesondere Temperaturen und Temperaturgradienten, von wesentlicher Bedeutung für eine Funktionsfähigkeit und Belastbarkeit der Baugruppe sind. Da herkömmliche Methoden, wie beispielsweise eine Anordnung eines Leistungshalbleiterelementes in möglichst großer räumlicher Entfernung zu einem temperaturempfindlichen Bauelement, wie beispielsweise einem oberflächenmontierten Bauelement (SMD, englisch „Surface-mounted device“), aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung und einer erhöhten Packung- beziehungsweise Funktionsdichte keinen ausreichenden Schutz der empfindlichen Bauelemente mehr gewährleisten können, ist der vorliegend erfindungsgemäße Einsatz des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselementes und dessen Steuerung unter Verwendung der der elektrischen Baugruppe eigenen Sensorik besonders effektiv und vorteilhaft.While in a design or a structure of conventional electrical components usually an external influence, so for example an ambient temperature at a respective site of the electrical assembly is taken into account as a significant factor, it is a core idea of the present invention, occurring within the electrical assembly internal conditions, Circumstances and interactions. The present invention is therefore based on the finding that in the course of the progressive miniaturization and increase in the performance of electrical components in an operation of the assembly within these caused by the components themselves conditions, especially temperatures and temperature gradients are essential for a functionality and capacity of the assembly. Since conventional methods, such as an arrangement of a power semiconductor element in The greatest possible spatial distance to a temperature-sensitive component, such as a surface-mounted device (SMD, English "Surface-mounted device"), due to the increasing miniaturization and increased packing or functional density can not ensure sufficient protection of the sensitive components more, is the present The use according to the invention of the at least one active influencing element and the control thereof using the sensors of the electrical assembly are particularly effective and advantageous.
Es kann für eine, mehrere oder alle der direkt oder indirekt mittels des aktiven Beeinflussungselement des beeinflussbaren thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften des Bauelementes und/oder der Baugruppe ein jeweiliger Zielwert und/oder ein jeweiliger Schwellenwert vorgegeben sein. Wird ein solcher Schwellenwert überschritten - beispielsweise durch Erwärmung eines Bauelementes über eine vorgegebene Schwellentemperatur hinaus - so kann dies mittels der Sensorik erfasst werden. Ein Erreichen oder Überschreiten eines derartigen Schwellenwertes kann als Signal oder Auslöser für das Steuergerät dienen, welches dann das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement entsprechend ansteuert, um einen jeweils aktuellen Wert beziehungsweise Messwert einer entsprechenden Messgröße bis unterhalb des überschrittenen Schwellenwertes zu bringen. Bevorzugt kann das aktive Beeinflussungselement beispielsweise so lange entsprechend angesteuert werden, bis der vorgegebene Zielwert für den jeweils aktuellen Wert der jeweiligen Messgröße erreicht ist. Hierdurch kann vorteilhaft ein hochfrequentes Überschreiten des Schwellenwertes vermieden werden.It can be specified for one, several or all of the directly or indirectly by means of the active influencing element of influenceable thermal and / or mechanical properties of the component and / or the assembly, a respective target value and / or a respective threshold. If such a threshold is exceeded - for example, by heating a component over a predetermined threshold temperature addition - so this can be detected by the sensor. Achieving or exceeding such a threshold value can serve as a signal or trigger for the control unit, which then controls the at least one active influencing element in order to bring a respective current value or measured value of a corresponding measured variable below the exceeded threshold value. For example, the active influencing element can preferably be correspondingly activated until the predetermined target value for the respectively current value of the respective measured variable has been reached. As a result, advantageously a high-frequency exceeding of the threshold value can be avoided.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet eine Veränderung oder Beeinflussung der thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften eines Bauelementes oder Teilbereiches der elektrischen Baugruppe gleichzeitig auch eine Veränderung oder Beeinflussung der thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften der elektrischen Baugruppe insgesamt. Die thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften werden zusammenfassend auch als thermomechanische Eigenschaften bezeichnet. Durch die Verwendung des Begriffes „thermomechanisch“ kann Bezug genommen werden auf die jeweiligen thermischen und/oder auf die jeweiligen mechanischen Größen, Eigenschaften, Komponenten oder Bedingungen.For the purposes of the present invention, a change or influencing of the thermal and / or mechanical properties of a component or partial area of the electrical assembly simultaneously also means a change or influencing of the thermal and / or mechanical properties of the electrical assembly as a whole. The thermal and / or mechanical properties are collectively referred to as thermomechanical properties. Through the use of the term "thermomechanical", reference may be made to the particular thermal and / or mechanical properties, properties, components or conditions.
In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement ein Heizelement auf. Durch Steuerung oder Ansteuerung dieses Heizelementes kann das wenigstens eine Bauelement beheizt, also erwärmt werden. Durch das Heizelement kann das wenigstens eine Bauelement also in seiner Temperatur und somit zumindest indirekt auch in seiner Ausdehnung beeinflusst werden. Mittels des Heizelementes kann also beispielsweise die Temperatur des wenigstens einen Bauelementes an eine Temperatur eines anderen, insbesondere eines benachbarten, Bauelements der Baugruppe angeglichen werden. Ebenso ist es beispielsweise möglich, dass wenigstens eine Bauelement mittels des Heizelementes soweit gesteuert zu erwärmen, also auf eine bestimmte, beispielsweise von dem Steuergerät ermittelte Temperatur zu bringen, dass hierdurch die tatsächliche thermische Ausdehnung, also beispielsweise eine Längenänderung, des wenigstens einen Bauteils an eine thermische Ausdehnung wenigstens eines weiteren, insbesondere benachbarten, Bauelements der Baugruppe angeglichen wird.In an advantageous embodiment of the present invention, the at least one active influencing element has a heating element. By controlling or controlling this heating element, the at least one component can be heated, that is heated. By means of the heating element, the at least one component can thus be influenced in its temperature and thus at least indirectly in its extent. Thus, for example, the temperature of the at least one component can be adjusted to a temperature of another, in particular of an adjacent, component of the assembly by means of the heating element. Likewise, it is possible, for example, that at least one component to be heated controlled by the heating element, so bring to a certain, for example determined by the controller temperature, that thereby the actual thermal expansion, ie, for example, a change in length, the at least one component to a thermal expansion of at least one further, in particular adjacent, component of the assembly is aligned.
Dies kann zur Vermeidung von Fehlausdehnungen beispielsweise dann notwendig und vorteilhaft sein, wenn das wenigstens eine Bauelement und das weitere Bauelement unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die hierfür notwendige Erwärmung beziehungsweise Temperatur kann von dem Steuergerät beispielsweise durch Abgleich der mittels der Sensorik ermittelten Temperaturen des wenigstens einen Bauelementes und des weiteren Bauelementes mit einem Kennfeld oder einer jeweilige Materialeigenschaften der Bauelemente der Baugruppe beschreibenden oder enthaltenden Datenbank bestimmt werden. Zur Vermeidung oder Minimierung einer thermischen Belastung und eines Alterns des wenigstens einen Bauelementes beziehungsweise der Baugruppe mag das zusätzliche Aufheizen des wenigstens einen Bauelementes unabhängig von beispielsweise einer signalverarbeitenden Funktion oder Funktionalität zunächst kontraintuitiv erscheinen. Der durch das Heizen erzielbare positive Effekt der Vermeidung oder Minimierung einer Fehlausdehnung überwiegt jedoch, sodass sich insgesamt eine positive Wirkung ergibt, beispielsweise in Form einer Vermeidung von Beschädigungen, einer reduzierten oder verlangsamten Alterung und/oder einer verlängerten Lebensdauer der elektrischen Baugruppe.This can be necessary and advantageous, for example, to avoid incorrect expansion if the at least one component and the further component have different thermal expansion coefficients. The heating or temperature required for this purpose can be determined by the control unit, for example, by adjusting the temperatures of the at least one component and the further component with a characteristic field or a respective material properties of the components of the assembly describing or containing the database. To avoid or minimize thermal stress and aging of the at least one component or the assembly, the additional heating of the at least one component may seem counterintuitive, independently of, for example, a signal-processing function or functionality. However, the positive effect of avoiding or minimizing a mis-expansion achievable by heating outweighs, so that overall results in a positive effect, for example in the form of avoiding damage, reduced or slowed aging and / or prolonged life of the electrical assembly.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das wenigstens eine aktive Beeinflussungselement einen Aktuator auf, insbesondere ein Piezoelement und/oder ein Bimetallelement. Hierdurch kann also insbesondere eine mechanische Eigenschaft des wenigstens einen Bauelementes beeinflusst werden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Zustandsveränderung, also eine Veränderung insbesondere eines thermischen und/oder mechanischen Zustandes eines Bauelementes oder der Baugruppe als Veränderung, also Beeinflussung einer entsprechenden thermischen und/oder mechanischen Eigenschaft zu verstehen. Durch Steuerung des Aktuators kann also beispielsweise eine Position, Lage und/oder Form des wenigstens einen Bauelemente des beeinflusst beziehungsweise modifiziert werden, was eine Beeinflussung einer mechanischen Eigenschaft des wenigstens einen Bauelements bedeutet. Hierdurch kann das wenigstens eine Bauelement beispielsweise in direkten mechanischen, insbesondere wärmeleitenden, Kontakt mit einem weiteren Bauelement der Baugruppe gebracht werden oder ein solcher Kontakt unterbrochen beziehungsweise aufgehoben werden.In a further advantageous embodiment of the present invention, the at least one active influencing element on an actuator, in particular a piezoelectric element and / or a bimetallic element. In this way, therefore, in particular a mechanical property of the at least one component can be influenced. For the purposes of the present invention, a change in state, that is to say a change in particular of a thermal and / or mechanical state of a component or of the assembly, is to be understood as a change, that is to say influencing a corresponding thermal and / or mechanical property. By controlling the actuator, for example, a position, position and / or shape of the at least one component can be influenced or modified, which means influencing a mechanical property of the at least one component. As a result, the at least one component can be brought into contact, for example, with direct mechanical, in particular heat-conducting, contact with another component of the assembly or such contact can be interrupted or canceled.
Dies ermöglicht vorteilhaft eine aktive Steuerung oder Anpassung eines Wärmefluss- oder Kühlpfades innerhalb der elektrischen Baugruppe. Mittels des Aktuators kann also eine jeweils aktuelle Vorzugsrichtung für einen Wärmefluss innerhalb der Baugruppe eingestellt werden. Dies wiederum ermöglicht eine Anpassung eines Temperaturgradienten oder einer Temperaturverteilung innerhalb der elektrischen Baugruppe, was zur Vermeidung oder Minimierung des Ausdehnungsunterschiedes ausgenutzt werden kann. Ebenso kann mittels des Aktuators das wenigstens eine Bauelement oder ein weiteres, mit diesem mechanisch gekoppeltes Bauelement in Kontakt mit einem Kühlelement gebracht werden oder ein derartiger Kontakt unterbrochen oder eine entsprechende Kontaktfläche vergrößert oder verringert werden. Es ist dabei möglich, beispielsweise mittels einer Pulsweitenmodulation, und/oder durch Anpassen einer Größe einer Kontaktfläche zwischen zwei Bauelementen nicht nur eine binäre Besteuerung vorzunehmen, sondern einen Wert, beispielsweise eines Wärmedurchsatzes eines bestimmten Wärmefluss- oder Kühlpfades innerhalb der elektrischen Baugruppe in mehreren Stufen oder stufenlos anzupassen beziehungsweise einzustellen.This advantageously allows active control or adaptation of a heat flow or cooling path within the electrical assembly. By means of the actuator can thus be set in each case a current preferred direction for a heat flow within the assembly. This in turn allows adaptation of a temperature gradient or a temperature distribution within the electrical assembly, which can be exploited to avoid or minimize the expansion difference. Likewise, by means of the actuator, the at least one component or another component mechanically coupled thereto can be brought into contact with a cooling element or such contact can be interrupted or a corresponding contact surface can be increased or reduced. It is possible, for example by means of a pulse width modulation, and / or by adjusting a size of a contact surface between two components to make not only a binary tax, but a value, for example, a heat flow rate of a particular heat flow or cooling path within the electrical assembly in several stages or infinitely adapt or adjust.
Ebenso kann beispielsweise aufgrund von Temperaturdifferenzen beziehungsweise Temperaturgradienten und/oder unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten eine mechanische Verformung, beispielsweise ein Verbiegen wenigstens eines Bauelementes innerhalb der elektrischen Baugruppe verursacht werden. Diesem Verbiegen oder Verformen kann mittels des Aktuators entgegengewirkt werden. Der Aktuator kann also eine mechanische Spannung, einen mechanischen Druck oder einen mechanischen Zug auf das wenigstens eine Bauteil ausüben, um die Verformung beziehungsweise das Verbiegen zu vermeiden beziehungsweise auszugleichen. Die Verwendung des Aktuators ermöglicht somit vorteilhaft eine besonders präzise und flexible aktive Beeinflussung der thermomechanischen Eigenschaften beziehungsweise des thermomechanischen Verhaltens der elektrischen Baugruppe.Likewise, due to temperature differences or temperature gradients and / or different thermal expansion coefficients, for example, a mechanical deformation, for example bending of at least one component within the electrical assembly, may be caused. This bending or deformation can be counteracted by means of the actuator. The actuator can thus exert a mechanical stress, a mechanical pressure or a mechanical tension on the at least one component in order to avoid or compensate for the deformation or the bending. The use of the actuator thus advantageously enables a particularly precise and flexible active influencing of the thermo-mechanical properties or of the thermomechanical behavior of the electrical assembly.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Sensorik mehrere, an verschiedenen Bauelementen der Baugruppe angeordnete Sensoren auf. Diese mehreren Sensoren sind dazu eingerichtet, einen jeweiligen thermischen und/oder mechanischen Zustand, also eine jeweilige thermische und/oder mechanische Eigenschaft, der verschiedenen Bauelemente zu erfassen. Mittels der Sensorik kann somit also vorteilhaft ein Temperaturgradient beziehungsweise ein Temperaturfeld und/oder ein mechanisches Spannungsfeld beziehungsweise ein Verlauf oder Gradient einer mechanischen Spannung oder Belastung innerhalb der elektrischen Baugruppe erfasst oder ermittelt werden. Dies ermöglicht eine besonders genaue Bewertung eines jeweiligen aktuellen thermomechanischen Zustandes der elektrischen Baugruppe ebenso wie eine besonders flexible und besonders präzise Beeinflussung des jeweiligen thermomechanischen Zustandes, also der jeweiligen thermomechanischen Eigenschaft oder Eigenschaften der elektrischen Baugruppe.In a further advantageous embodiment of the present invention, the sensor has a plurality of, arranged on different components of the assembly sensors. These multiple sensors are configured to detect a respective thermal and / or mechanical state, ie a respective thermal and / or mechanical property of the various components. Thus, a temperature gradient or a temperature field and / or a mechanical stress field or a profile or gradient of a mechanical stress or stress within the electrical assembly can thus advantageously be detected or determined by means of the sensor system. This allows a particularly accurate evaluation of a respective current thermo-mechanical state of the electrical assembly as well as a particularly flexible and particularly precise influencing of the respective thermo-mechanical state, ie the respective thermo-mechanical property or properties of the electrical assembly.
Besonders bevorzugt können ebenso mehrere an verschiedenen Bauelementen der Baugruppe angeordnete aktive Beeinflussungselemente vorgesehen sein. Im Zusammenspiel der mehreren Sensoren und der mehreren aktiven Beeinflussungselemente kann eine optimale Beeinflussung der elektrischen Baugruppe beziehungsweise von deren thermomechanischen Eigenschaften erzielt werden. Ein Optimum kann dabei beispielsweise eine Minimierung des einen oder mehrerer Ausdehnungsunterschiede innerhalb der elektrischen Baugruppe, eine Minimierung einer thermomechanischen Belastung, eine Minimierung einer Alterung beziehungsweise von Alterungserscheinungen der elektrischen Baugruppe, eine Maximierung einer thermomechanischen und/oder elektrischen beschädigungsfrei erreichbaren Belastbarkeit der elektrischen Baugruppe, eine Maximierung der Lebensdauer der elektrischen Baugruppe oder dergleichen mehr meinen beziehungsweise sein.Particularly preferably, several active influencing elements arranged on different components of the assembly can also be provided. In interaction of the plurality of sensors and the plurality of active influencing elements, an optimal influencing of the electrical assembly or of its thermomechanical properties can be achieved. An optimum may be, for example, a minimization of the one or more expansion differences within the electrical assembly, minimizing thermomechanical stress, minimizing aging or aging phenomena of the electrical assembly, maximizing a thermomechanical and / or electrical damage achievable load capacity of the electrical assembly, a Maximize the life of the electrical assembly or the like mine or be.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe ist ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Baugruppe, insbesondere einer erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mittels eines Steuergerätes von einer Sensorik der Baugruppe bereitgestellte Messdaten empfangen, welche eine thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe charakterisieren. Diese Messdaten werden mittels des Steuergerätes zu einem Steuersignal für wenigstens ein aktives Beeinflussungselement der Baugruppe verarbeitet. Mittels des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselementes wird dann durch aktive Beeinflussung wenigstens eines Bauelements der Baugruppe in Abhängigkeit von dem Steuersignal die thermische und/oder mechanische Eigenschaft der Baugruppe beeinflusst und dadurch ein Ausdehnungsunterschied, also eine Fehlausdehnung, zwischen wenigstens zwei Bauelementen der Baugruppe minimiert.Another aspect of the present invention in addition to the electrical assembly according to the invention is a method for controlling an electrical assembly, in particular an electrical assembly according to the invention. In the method according to the invention, measurement data provided by a sensor system of the module are received by means of a control unit, which characterize a thermal and / or mechanical property of the module. These measurement data are processed by means of the control unit to a control signal for at least one active influencing element of the module. By means of the at least one active influencing element, the thermal and / or mechanical property of the assembly is then influenced by actively influencing at least one component of the assembly as a function of the control signal and thereby an expansion difference, ie a Missing expansion, minimized between at least two components of the assembly.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein thermisches und/oder mechanisches Verhalten der Baugruppe rechnerisch modelliert und das Steuersignal in Abhängigkeit von dem modellierten Verhalten erzeugt. Es wird also eine modellhafte Beschreibung von Bauelementen und/oder Funktionseinheiten der Baugruppe vorgenommen beziehungsweise bereitgestellt. Zum Modellieren des thermomechanischen Verhaltens der Baugruppe kann beispielsweise ein vorgegebenes Modell genutzt werden, welchem die mittels der Sensorik erfassten Messdaten als Eingangs- oder Zustandsgrößen zugeführt werden. Für das Modellieren kann beispielsweise eine Modellierungseinrichtung, welche Teil des Steuergerätes sein kann, verwendet werden.In an advantageous development of the method according to the invention, a thermal and / or mechanical behavior of the assembly is mathematically modeled and the control signal is generated as a function of the modeled behavior. Thus, a model description of components and / or functional units of the module is made or provided. To model the thermo-mechanical behavior of the assembly, for example, a predetermined model can be used, to which the measurement data acquired by means of the sensor system are supplied as input or state variables. For modeling, for example, a modeling device, which may be part of the control unit, can be used.
Die Modellierungseinrichtung kann - ebenso wie das Steuergerät - beispielsweise eine Prozessoreinrichtung und eine an diese angebundene Speichereinrichtung aufweisen. Zum Modellieren des Verhaltens kann dabei ein rein rechnerisch bestimmtes Modell verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können beispielsweise mittels experimenteller Methoden, also konkreter Messungen, ermittelte Verhaltensweisen der Baugruppe unter vorgegebenen und/oder bekannten thermomechanischen und/oder elektrischen Bedingungen verwendet oder berücksichtigt werden. Eine mit dem vorgegebenen Modell beziehungsweise der Modellierung einhergehende Kenntnis oder Vorhersage eines vergangenen, aktuellen und/oder zukünftigen Verhaltens oder Zustandes der elektrischen Baugruppe ermöglicht vorteilhaft eine besonders genaue, zuverlässige, effektive und effiziente Steuerung der elektrischen Baugruppe, also eine entsprechend vorteilhafte Minimierung des Ausdehnungsunterschiedes beziehungsweise der Ausdehnungsunterschiede innerhalb der elektrischen Baugruppe.The modeling device can, for example, have a processor device and a memory device connected to it, just like the control device. To model the behavior, a purely mathematical model can be used. Additionally or alternatively, determined behaviors of the assembly under predetermined and / or known thermomechanical and / or electrical conditions can be used or taken into consideration, for example, by means of experimental methods, ie concrete measurements. A knowledge or prediction of a past, current and / or future behavior or state of the electrical assembly that accompanies the given model or modeling advantageously makes possible a particularly accurate, reliable, effective and efficient control of the electrical assembly, ie a correspondingly advantageous minimization of the expansion difference or the expansion differences within the electrical assembly.
So kann beispielsweise mittels der Modellierung ein zukünftiges Verhalten der Baugruppe vorhergesagt oder abgeschätzt werden. Dies ermöglicht wiederum eine präventive Ansteuerung des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselementes, um beispielsweise antizipierte thermomechanische Belastungsspitzen zu vermeiden oder deren Auswirkungen abzufangen. Es kann beispielsweise eine thermomechanische Trägheit, die einen Einfluss oder eine Auswirkung des Steuersignals, also des Ansteuerns des aktiven Beeinflussungselementes, verzögern kann, berücksichtigt beziehungsweise ausgeglichen werden.For example, by means of modeling a future behavior of the assembly can be predicted or estimated. This in turn allows a preventive control of the at least one active influencing element in order to avoid, for example, anticipated thermomechanical load peaks or to cushion their effects. For example, a thermomechanical inertia that can delay an influence or an effect of the control signal, that is to say the activation of the active influencing element, can be considered or compensated.
Das Modellieren des thermomechanischen Verhaltens kann zudem eine effektive und effiziente Steuerung auch dann ermöglichen, wenn beispielsweise nicht jedes einzelne Bauelement der Baugruppe mittels eines individuellen Sensors überwacht wird. Dies ist der Fall, da mittels des Modells aus einer begrenzten Anzahl von Messdaten beispielsweise auf einen thermomechanischen Zustand auch von solchen Bauelementen oder Teilbereichen der Baugruppe geschlossen werden kann, die nicht mittels der Sensorik erfasst beziehungsweise überwacht werden Insgesamt ermöglicht es diese erfindungsgemäße Integration beziehungsweise Kombination aus der lokalen Sensorik in oder an der Baugruppe, der Modellierung des thermomechanischen Verhaltens der Baugruppe und der aktiv gesteuerten Beeinflussung der Baugruppe mittels des aktiven Beeinflussungselementes in Abhängigkeit von dem modellierten Verhalten und den Messdaten der Sensorik, eine elektrische Baugruppe mit verbessertem thermomechanischen Verhalten, verbesserter Leistungsfähigkeit beziehungsweise Belastbarkeit und/oder verlängerter Lebensdauer zu realisieren.The modeling of the thermo-mechanical behavior may also allow effective and efficient control even if, for example, not every single component of the assembly is monitored by means of an individual sensor. This is the case since by means of the model from a limited number of measured data, for example, a thermomechanical state can also be deduced from those components or subregions of the assembly that are not detected or monitored by means of the sensor. Overall, this integration or combination according to the invention makes it possible the local sensor system in or on the module, the modeling of the thermo-mechanical behavior of the module and the actively controlled influencing of the module by means of the active influencing element as a function of the modeled behavior and the measured data of the sensors, an electrical module with improved thermo-mechanical behavior, improved performance or Resilience and / or extended life to realize.
Es sei hier explizit darauf hingewiesen, dass das aktiv beeinflusste Bauelement unabhängig von einer möglichen elektrischen und/oder signal- und/oder datenverarbeitenden Funktionalität dieses Bauelementes beeinflusst werden kann. Somit können beispielsweise auch solche Bauelemente aktiv beeinflusst werden, die nicht aktiv und unmittelbar an einer elektrischen Aktivität und/oder einer Signal- oder Datenverarbeitung innerhalb der elektrischen Baugruppe beteiligt sind. Dies unterscheidet die vorliegende Erfindung deutlich von bisherigen Ansätzen eines bloßen Lastmanagements, welche beispielsweise eine Taktfrequenz einer Rechen- oder Prozessoreinheit (CPU, englisch „Central Processing Unit“) in Abhängigkeit von einer Temperatur dieser Rechen- oder Prozessoreinrichtung variieren oder regeln.It should be explicitly noted here that the actively influenced component can be influenced independently of a possible electrical and / or signal and / or data processing functionality of this component. Thus, it is also possible for example to actively influence those components which are not actively and directly involved in electrical activity and / or signal or data processing within the electrical assembly. This clearly distinguishes the present invention from previous approaches to a mere load management, which, for example, vary or regulate a clock frequency of a computing or processing unit (CPU) in dependence on a temperature of this computing or processor device.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt das Modell beziehungsweise das modellierte Verhalten der Baugruppe einen jeweiligen Einfluss der Sensorik und des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselements auf das thermische und/oder mechanische Verhalten der Baugruppe. Hierdurch können ein realer thermomechanische Zustand und ein reales thermomechanisches Verhalten der elektrischen Baugruppe besonders genau modelliert, also abgebildet und/oder vorhergesagt werden. Besonders vorteilhaft kann diese Modellierung, beispielsweise in einem Entwicklungsprozess oder einem Herstellungsverfahren für die elektrische Baugruppe, eingesetzt werden, um eine optimale Anordnung oder Positionierung der Sensorik und/oder des wenigstens einen aktiven Beeinflussungselementes zu bestimmen, um beispielsweise eine Leistungsfähigkeit oder Belastbarkeit der elektrischen Baugruppe zu maximieren.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the model or the modeled behavior of the module takes into account a respective influence of the sensor system and of the at least one active influencing element on the thermal and / or mechanical behavior of the module. As a result, a real thermo-mechanical state and a real thermo-mechanical behavior of the electrical assembly can be modeled particularly accurately, that is, imaged and / or predicted. Particularly advantageously, this modeling, for example, in a development process or a manufacturing method for the electrical assembly, are used to determine an optimal arrangement or positioning of the sensor and / or the at least one active influencing element, for example, a performance or resilience of the electrical assembly maximize.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als die Messdaten wenigstens ein Temperaturgradient innerhalb der Baugruppe und/oder eine Form- und/oder Abmessungsänderung wenigstens eines Bauelementes der Baugruppe räumlich und zeitlich aufgelöst erfasst. Dazu kann die Sensorik mehrere Einzelsensoren aufweisen, um einen räumlichen und zeitlichen Verlauf der erfassten Messgrößen zu erfassen beziehungsweise zu bestimmen. Dies kann vorteilhaft eine besonders genaue und effektive Beeinflussung der thermomechanischen Eigenschaften der Baugruppe, also eine besonders effektive und effiziente Steuerung der elektrischen Baugruppe ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention are as the Measured data detected at least one temperature gradient within the assembly and / or a change in shape and / or dimension of at least one component of the assembly spatially and temporally resolved. For this purpose, the sensors can have a plurality of individual sensors in order to detect or determine a spatial and temporal course of the detected measured variables. This can advantageously enable a particularly accurate and effective influencing of the thermo-mechanical properties of the assembly, ie a particularly effective and efficient control of the electrical assembly.
Das Erfassen eines Temperaturgradienten ist besonders vorteilhaft, da Temperaturgradienten einen wesentlichen Einflussfaktor oder eine wesentliche Ursache für Ausdehnungsunterschiede innerhalb von Baugruppen bilden. Das Erfassen der Form- und/oder Abmessungsänderung kann beispielsweise dann besonders vorteilhaft sein, wenn die jeweilige Temperatur des seine Forum und/oder Abmessung ändernden Bauelementes nicht oder nicht präzise erfasst werden kann und/oder beispielsweise innerhalb des Bauelementes variiert und/oder dann, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des jeweiligen Bauelementes nicht bekannt ist. Das Erfassen der Form- und/oder Abmessungsänderung kann beispielsweise mittels einer an jeweiligen Außenseiten des Bauelementes angeordneten Sensorik möglich sein. Für eine präzise Temperaturmessung kann hingegen beispielsweise eine Anordnung eines Temperatursensors in einem Zentralbereich des jeweiligen Bauelementes notwendig sein, welche beispielsweise aufgrund eines Packagings und/oder einer hohen Funktionsdichte nicht immer realisierbar ist. Ebenso kann es schwierig sein, bei innerhalb des jeweiligen Bauelementes variierenden Temperaturen und/oder bei einem Aufbau des Bauelements aus mehreren unterschiedlichen Materialien einen effektiven thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bauelements zu bestimmen. Diese Schwierigkeiten können durch das Erfassen der Form- und/oder Abmessungsänderung vorteilhaft umgangen werden.The detection of a temperature gradient is particularly advantageous since temperature gradients form a significant influencing factor or a significant cause of expansion differences within assemblies. The detection of the change in shape and / or dimension can be particularly advantageous, for example, if the respective temperature of the component changing its forum and / or dimension can not or can not be detected precisely and / or varied within the component, for example, and / or the thermal expansion coefficient of the respective component is not known. The detection of the change in shape and / or dimension may be possible, for example, by means of a sensor arranged on respective outer sides of the component. By contrast, for an accurate temperature measurement, for example, an arrangement of a temperature sensor in a central region of the respective component may be necessary, which, for example due to a packaging and / or a high functional density, can not always be achieved. Likewise, it can be difficult to determine an effective coefficient of thermal expansion of the component at temperatures varying within the respective component and / or when constructing the component from a plurality of different materials. These difficulties can be avoided by detecting the changes in shape and / or dimension.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der Sensorik eine jeweilige Temperaturänderung des wenigstens einen Bauelements und eines zweiten Bauelements der Baugruppe erfasst. Durch die aktive Beeinflussung wenigstens eines dieser beiden Bauelemente werden deren thermische Ausdehnungen aneinander angepasst. Mit anderen Worten wird also beispielsweise bei einer Temperaturänderung zweier Bauelemente durch die aktive Beeinflussung die Bedingung
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels des aktiven Beeinflussungselements in Abhängigkeit von dem Steuersignal ein wärmeleitender, mechanischer Kontakt zwischen wenigstens zwei Bauelementen der Baugruppe hergestellt oder unterbrochen. Das aktiv beeinflusste wenigstens eine Bauelement kann dabei eines der wenigstens zwei Bauelemente sein, zwischen denen der Kontakt hergestellt oder unterbrochen wird. Es ist jedoch ebenso möglich, dass durch die aktive Beeinflussung des wenigstens einen Bauteils etwa ein zweites Bauteil indirekt beeinflusst und in Kontakt mit einem dritten Bauteil gebracht oder ein derartiger Kontakt zwischen dem zweiten und dem dritten Bauteil unterbrochen wird. Ein mechanischer Kontakt in diesem Sinne besteht dann, wenn sich die wenigstens zwei Bauelemente, insbesondere unmittelbar, berühren.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a thermally conductive, mechanical contact between at least two components of the assembly is made or interrupted by means of the active influencing element in response to the control signal. The actively influenced at least one component can be one of the at least two components, between which the contact is made or interrupted. However, it is also possible that as a result of the active influencing of the at least one component, for example, a second component is indirectly influenced and brought into contact with a third component or such a contact between the second and the third component is interrupted. A mechanical contact in this sense exists when the at least two components, in particular directly, touch.
Da der mittels der vorliegenden Erfindung minimierte Ausdehnungsunterschied insbesondere bei hohen Temperaturen, Temperaturänderungen, Temperaturgradienten und/oder Leistungsdichten für den Betrieb der elektrischen Baugruppe besonders relevant ist, kann die vorliegende Erfindung beispielsweise für Leistungselektronische Baugruppen, elektrische Antriebe, Inverter und dergleichen mehr besonders vorteilhaft und nutzbringend eingesetzt werden.Since the expansion difference minimized by means of the present invention is particularly relevant to the operation of the electrical assembly, particularly at high temperatures, temperature changes, temperature gradients and / or power densities, the present invention may be particularly advantageous and beneficial for, for example, power electronic assemblies, electric drives, inverters and the like be used.
Die bisher und im Folgenden angegebenen Eigenschaften und Weiterbildungen der erfindungsgemäße elektrischen Baugruppe sowie die entsprechenden Vorteile sind jeweils sinngemäß auf das erfindungsgemäßen Verfahren und/oder zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete oder verwendbare Bauteile und Einrichtungen übertragbar und umgekehrt. Es gehören also zu der Erfindung auch solche Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Baugruppe und des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche Ausgestaltungen aufweisen, die hier nicht explizit in der jeweiligen Kombination beschrieben sind.The properties and refinements of the electrical assembly according to the invention and the corresponding advantages given heretofore and hereinafter are mutatis mutandis applicable to the method according to the invention and / or components or devices used or usable for carrying out the method according to the invention and vice versa. Thus, such developments of the invention also belong to the invention inventive electrical assembly and the method according to the invention, which have embodiments that are not explicitly described here in the respective combination.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further features, details and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer elektrischen Baugruppe mit einer Sensorik und mehreren steuerbaren aktiven Beeinflussungselementen zum aktiven Beeinflussen einer thermischen und/oder mechanischen Eigenschaft der Baugruppe.The single figure shows a schematic and sectional side view of an electrical assembly with a sensor and several controllable active influencing elements for actively influencing a thermal and / or mechanical property of the assembly.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
Die einzige Figur zeigt eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer elektrischen beziehungsweise elektronischen Baugruppe
Oberhalb des Keramikelements
Weiterhin weist die elektrische Baugruppe
Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Miniaturisierung sowie einer steigenden Funktions- und Leistungsdichte innerhalb von Einrichtungen wie der elektrischen Baugruppe
Um dieser Problematik zu begegnen, weist die elektrische Baugruppe vorliegend mehrere aktive Beeinflussungselemente
Die mittels der Sensoren
Vorliegend sind beispielsweise in das Basiselement
Es kann beispielsweise mittels des dritten Sensors
Um derartige Fehlausdehnungen zu vermeiden beziehungsweise auszugleichen kann beispielsweise das zweite aktive Beeinflussungselement
Insbesondere die können die Temperaturen beziehungsweise das Temperaturfeld nicht nur örtlich, sondern auch zeitlich aufgelöst erfasst beziehungsweise bestimmt werden. Es kann also ein aktives Temperatur- oder Temperaturfeldmanagement vorgesehen sein, um eine Minimierung einer effektiven Fehlausdehnung durch Reduzierung von lokalen Ausdehnungsunterschieden zu erreichen. Als Ziel der entsprechenden Steuerung oder Regelung kann ein Erreichen oder Erfüllen der Bedingung
In einem weiteren Beispiel können der Hauptverdrahtungsträger
Insgesamt ermöglicht die beschriebene Nutzung der Vermeidung oder Minimierung von Fehlausdehnungen als auf die Bauelemente der elektrischen Baugruppe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektrische Baugruppeelectrical assembly
- 22
- Basiselementbase element
- 33
- Keramikelementceramic element
- 44
- LeistungshalbleiterelementPower semiconductor element
- 55
- Stützelementesupport elements
- 66
- HauptverdrahtungsträgerMain wiring support
- 77
- Leitungsnetzline network
- 88th
- Kontaktierungencontacts
- 99
- SMD / oberflächenmontiertes BauelementSMD / Surface Mounted Device
- 1010
- Sensorensensors
- 1111
- erster Sensorfirst sensor
- 1212
- zweiter Sensorsecond sensor
- 1313
- dritter Sensorthird sensor
- 1414
- vierter Sensorfourth sensor
- 1515
- fünfter Sensorfifth sensor
- 1616
- sechster Sensorsixth sensor
- 1717
- aktive Beeinflussungselementeactive influencing elements
- 1818
- erstes aktives Beeinflussungselementfirst active influencing element
- 1919
- zweites aktives Beeinflussungselementsecond active influencing element
- 2020
- drittes aktives Beeinflussungselementthird active influencing element
- 2121
- viertes aktives Beeinflussungselementfourth active influencing element
- 2222
- fünftes aktives Beeinflussungselementfifth active influencing element
- 2323
- sechstes aktives Beeinflussungselementsixth active influencing element
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