DE102017214490A1 - Herstellung eines Elektronikmoduls und Elektronikmodul - Google Patents

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Michael Kohr
Michael Fügl
Manuel Schwab
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls (1') vorgeschlagen, wobei das Elektronikmodul (1') aufweisend ist
• ein Kühlkörpermodul (1) mit zumindest zwei Gehäuseteilen (11A, 11B) und mit zumindest einer ersten Kühlfläche (6) für ein Kühlmedium auf einer ersten Seite (A) des Kühlkörpermoduls (1) und mit einer zweiten Seite (B) des Kühlkörpermoduls (1), wobei das erste Gehäuseteil (11A) die erste Seite (A) mit der ersten Kühlfläche (6) bildet und das zweite Gehäuseteil (11B) die zweite Seite (B) bildet, und
• ein zwischen den beiden Seiten (A, B) des Kühlkörpermoduls (1) so angeordnetes Elektronikbauteil (8A), dass das Elektronikbauteil (8A) Wärme an zumindest die erste Kühlfläche (6) abgeben kann,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• Bereitstellen des Elektronikbauteils (8A) und des Kühlkörpermoduls (1),
• Anbringen von Verbindungsmaterial (23) auf das Elektronikbauteil (8A) und/oder zumindest eines der Gehäuseteile (11A, 11B) und Positionierung des Elektronikbauteils (8A) bezüglich zumindest eines der Gehäuseteile (11A, 11B),
• Verbinden der beiden Gehäuseteile (11A, 11B) sowie des Elektronikbauteils (8A) mit den Gehäuseteilen (11A, 11B) mittels des Verbindungsmaterials (23),
• Vergießen des Elektronikbauteils (8A) mit einer Gussmasse (24).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls sowie ein mit dem Verfahren herstellbares Elektronikmodul, ein Wechselrichter sowie ein Kraftfahrzeugantriebsstrang.
  • Es sind stapelbare Elektronikmodule bekannt, die jeweils an eine externe Kühlplatte angeordnet werden. Es sind auch übereinander anordbare Elektronikmodule bekannt, die zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Aus solchen Modulen kann ein Wechselrichter aufgebaut werden, der beispielsweise zur elektrischen Bestromung einer E-Maschine eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist.
  • Aus der EP 2 019 429 A1 ist ein Modul für eine Leistungselektronik bekannt, das eine Entwärmung über zwei gegenüberliegende Kühlflächen des Moduls ermöglicht. Das Modul an sich ist nicht stapelbar ausgeführt.
  • In der nicht-vorveröffentlichten DE 10 2016 223 889.2 der Anmelderin wird ein stapelbares Elektronikmodul vorgeschlagen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Demnach werden vorgeschlagen: ein Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls und ein Elektronikmodul, ein Wechselrichter sowie ein Kraftfahrzeugantriebsstrang.
  • Das vorgeschlagene Verfahren dient zur Herstellung eines Elektronikmoduls. Dieses Elektronikmodul weist zumindest auf:
    • • ein Kühlkörpermodul mit zumindest zwei Gehäuseteilen und mit zumindest einer ersten Kühlfläche für ein Kühlmedium auf einer ersten Seite des Kühlkörpermoduls und mit einer zweiten Seite des Kühlkörpermoduls, wobei das erste Gehäuseteil die erste Seite mit der ersten Kühlfläche bildet und das zweite Gehäuseteil die zweite Seite bildet,
    • • ein Elektronikbauteil, das so zwischen den beiden Seiten des Kühlkörpermoduls angeordnet ist, dass es Wärme an zumindest die erste Kühlfläche abgeben kann.
  • Das Elektronikmodul setzt sich damit aus den wesentlichen Bestandteilen „Kühlkörpermodul mit den beiden Gehäuseteilen“ sowie dem darin angeordneten „Elektronikbauteil“ zusammen. Die beiden Seiten des Kühlkörpermoduls liegen sich insbesondere gegenüber. Insbesondere bildet eine der beiden Seiten eine Oberseite des Kühlkörpermoduls und die andere der beiden Seiten bildet eine Unterseite des Kühlkörpermoduls. Prinzipiell kann zumindest eines der Gehäuseteile über mehrere Bestandteile / Bauteile verfügen und/oder zumindest eines der Gehäuseteile kann einstückig ausgebildet sein.
  • Das vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektronikmoduls weist zumindest oder genau die Schritte auf:
    • • Bereitstellen des Elektronikbauteils und des Kühlkörpermoduls,
    • • Anbringen von Verbindungsmaterial auf das Elektronikbauteil und zumindest eines der Gehäuseteile und (vorher und/oder nachher) Positionierung des Elektronikbauteils bezüglich zumindest eines der Gehäuseteile,
    • • Verbinden der Gehäuseteile sowie des Elektronikbauteils mit den Gehäuseteilen mittels des Verbindungsmaterials,
    • • Vergießen des Elektronikbauteils mit einer Gussmasse.
  • Die zeitliche Reihenfolge der Schritt kann in einer bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens genau in dieser Reihenfolge erfolgen, also:
    1. 1. Bereitstellen des Elektronikbauteils und des Kühlkörpermoduls,
    2. 2. Anbringen von Verbindungsmaterial auf das Elektronikbauteil und/oder zumindest eines der Gehäuseteile und (vorher und/oder nachher) Positionierung des Elektronikbauteils bezüglich zumindest eines der Gehäuseteile,
    3. 3. Verbinden der Gehäuseteile sowie des Elektronikbauteils mit den Gehäuseteilen mittels des Verbindungsmaterials,
    4. 4. Vergießen des Elektronikbauteils mit einer Gussmasse.
  • Das Vergießen des Elektronikbauteils mit der Gussmasse erfolgt somit als zeitlich letzter Schritt nach dem Verbinden der Gehäuseteile miteinander und mit dem Elektronikteil.
  • Es kann allerdings vorgesehen sein, dass zwei oder mehrere der Schritte zeitlich betrachtet miteinander vertauscht sind. Gegebenenfalls können noch weitere, hier nicht explizit genannte Herstellungsschritte vorgelagert, nachgelagert oder zwischengeschoben sein.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens ist die zeitliche Reihenfolge der Schritte daher wie folgt:
    1. 1. Bereitstellen des Elektronikbauteils und des Kühlkörpermoduls,
    2. 2. Vergießen des Elektronikbauteils mit einer Gussmasse.
    3. 3. Anbringen von Verbindungsmaterial auf das bereits vergossene Elektronikbauteil und/oder zumindest eines der Gehäuseteile und (vorher und/oder anschließend) Positionierung des bereits vergossenen Elektronikbauteils bezüglich zumindest eines der Gehäuseteile,
    4. 4. Verbinden der Gehäuseteile sowie des Elektronikbauteils mit den Gehäuseteilen mittels des Verbindungsmaterials.
  • Das Vergießen des Elektronikbauteils mit der Gussmasse erfolgt bei dieser Vorgehensweise zeitlich betrachtet also früh, vor dem Verbinden der Gehäuseteile miteinander und mit dem Elektronikteil.
  • Insbesondere ist das Elektronikbauteil mit der Gussmasse dicht gegenüber dem Kühlmedium vergossen. Somit kann einfach eine Dichtheit des Elektronikbauteils und/oder einzelner Komponenten des Elektronikbauteils gegenüber dem Kühlmedium bewirkt werden. Die Gussmasse ist bevorzugt ein Duroplast, insbesondere ein Kunstharz. Die Gussmasse kann beispielsweise durch Spritzgießen oder Niederdruckgießen oder auf andere geeignete Weise mit dem Kühlkörpermodul vergossen werden. Somit kann das Elektronikbauteil auch vibrationsfest und elektrisch isoliert mit dem Kühlkörpermodul verbunden werden. Die Gussmasse kann selbst einen Teil des Kühlkörpermoduls bilden. Beim Vergießen werden insbesondere Hohlräume des Elektronikbauteils mit der Gussmasse gefüllt. Somit kann das Elektronikbauteil eine kompakte und feste Baueinheit bilden.
  • Bei dem Verbindungsmaterial handelt es sich bevorzugt um ein Verbindungsmaterial zum stoffschlüssigen Verbinden. Bei dem Verbindungsmaterial handelt es sich bevorzugt um ein thermisches Verbindungsmaterial. Bei einem solchen thermischen Verbindungsmaterial ist eine thermische Aktivierung erforderlich, um die Verbindung damit herzustellen. Darunter ist auch ein thermisch bedingtes Verflüssigen des Verbindungsmaterials zu verstehen. Bei einem solchen thermischen Verbindungsmaterial kann es sich daher beispielsweise um Lotmaterial zum Löten oder Sintermaterial zum Sintern oder Schmelzklebstoff zum Schmelzkleben handeln. Solche Verbindungsmaterialien sind thermoplastisch und müssen zur Herstellung der jeweiligen Verbindung aufgeschmolzen werden. Alternativ kann es sich bei dem thermischen Verbindungsmaterial auch um ein Verbindungsmaterial handeln, dass zum Aushärten gebacken werden muss, wie beispielsweise einige Kunstharze.
  • Alternativ kann das Verbindungsmaterial auch ein selbstaushärtendes Verbindungsmaterial sein, beispielsweise ein mit flüchtigem Lösungsmittel versetzter Klebstoff oder ein Kunstharz, das zur Aushärtung nicht extra gebacken werden braucht. Ein Verbindungsmaterial kann somit auch chemisch aktiviert werden, wie beispielsweise ein Zweikomponentenklebstoff.
  • Entsprechend des gewählten Verbindungsmaterials werden die Gehäuseteile und das Elektronikbauteil beispielsweise miteinander verlötet, versintert oder verklebt.
  • Der genannte Herstellungsschritt „Verbinden der Gehäuseteile sowie des Elektronikbauteils mit den Gehäuseteilen mittels des Verbindungsmaterials“ ist bei Verwendung des thermischen Verbindungsmaterials dann also so zu verstehen: „thermisches Verbinden der Gehäuseteile sowie des Elektronikbauteils mit den Gehäuseteilen mittels des thermischen Verbindungsmaterials“.
  • Der Schritt „Verbinden der Gehäuseteile sowie des Elektronikbauteils mit den Gehäuseteilen mittels des Verbindungsmaterials“ erfolgt bei Verwendung thermischen Verbindungsmaterials somit insbesondere dadurch, dass das Verbindungsmaterial aufgeschmolzen und anschließend abgekühlt wird, oder dadurch dass das Verbindungsmaterial thermisch ausgehärtet (gebacken) wird.
  • Bei dem Elektronikbauteil handelt es sich insbesondere um ein im Betrieb Wärme abgebendes Elektronikbauteil. Dies kann insbesondere ein Leistungselektronikbauteil sein, wie insbesondere ein Leistungshalbleiter, wie beispielsweise ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Elektronikbauteil auch um einen elektrischen ohmschen Widerstand und/oder eine elektrische Induktivität und/oder eine elektrische Kapazität handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Elektronikbauteil um einen Chip oder eine Leiterplatte oder dergleichen handeln, mit einem oder mehreren darauf oder darin angeordneten elektrischen Bauteilen.
  • Besonders bevorzugt verfügt das Kühlkörpermodul über eine zur ersten Kühlfläche gegenüberliegende zweite Kühlfläche für das Kühlmedium auf der zweiten Seite. Hierbei bildet, wie bereits beschrieben, das erste Gehäuseteil die erste Seite mit der ersten Kühlfläche. Und das zweite Gehäuseteil bildet die zweite Seite mit der zweiten Kühlfläche. In diesem Fall ist das Elektronikbauteil zwischen den beiden Kühlflächen des Kühlkörpermoduls so angeordnet, dass es Wärme an die erste Kühlfläche und die zweite Kühlfläche abgeben kann. Dadurch ist das Elektronikbauteil mittels beider Kühlflächen kühlbar. Entsprechend viel Wärme kann von dem Elektronikbauteil abgeführt werden. Es können auch mehrere solcher Stellen für mehrere Elektronikbauteile zwischen den beiden Kühlflächen vorgesehen sein. Dadurch können komplexe elektrische Schaltungen mit dem Kühlkörpermodul kühlbar sein.
  • Die beiden Kühlflächen weisen bevorzugt jeweils eine Kühlstruktur mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen auf. Dadurch vergrößert sich die Fläche zum Abführen von Wärme von dem Elektronikbauteil. Unter einer Mehrzahl werden insbesondere mehr als zwei und insbesondere mehr als zehn und insbesondere mehr als hundert Vorsprünge verstanden.
  • Unter einem solchen Vorsprung wird insbesondere eine Materialerhöhung ausgehend von einer Grundebene der jeweiligen Kühlfläche verstanden. Ein solcher Vorsprung kann insbesondere ein Pin (Stift) oder eine Rippe oder eine Wabe sein. Ein solcher Vorsprung steht in Richtung der jeweiligen Seite des Kühlkörpermoduls von der Kühlfläche ab. Insbesondere steht ein solcher Vorsprung senkrecht von der Grundebene der jeweiligen Kühlfläche ab. Ein solcher Vorsprung kann aus Vollmaterial des Kühlkörpermoduls gebildet werden.
  • Beispielsweise können die Gehäuseteile des Kühlkörpermoduls mit den Vorsprüngen durch einen Pressprozess, wie einen Kaltpressprozess, gebildet werden. Alternativ dazu kann ein solcher Vorsprung oder mehrere solcher Vorsprünge durch ein an einen Grundkörper des Kühlkörpermoduls angeordnetes Kühlflächenteil gebildet werden. Ein solcher Vorsprung ist insbesondere deutlich größer im Vergleich zu einer herstellungsbedingten Oberflächenrauheit der jeweiligen Kühlfläche.
  • Das Elektronikmodul, und hierbei insbesondere dessen Kühlkörpermodul, ist außerdem dazu ausgebildet, mit zumindest einem weiteren Modul durch Anordnung dieses weiteren Moduls auf die erste oder zweite Seite gestapelt werden zu können. Bei einem solchen weiteren Modul handelt es sich insbesondere um
    • • ein Gehäusemodul, oder
    • • ein gleichartig zum vorgeschlagenen Elektronikmodul ausgeführtes Modul, oder
    • • ein identisch zu dem vorgeschlagenen Elektronikmodul ausgeführtes Modul.
  • Durch Anordnung mehrerer solcher Module zu einem Modulstapel können somit einfach komplexe elektrische Schaltungen aufgebaut werden, die zudem einfach kühlbar sind.
  • Insbesondere bedeutet dies, dass das Elektronikmodul dazu ausgeführt ist, mit dem weiteren Modul nach Wahl auf die erste Seite oder die zweite Seite gestapelt zu werden. Somit kann das weitere Modul also bedarfsweise sowohl an die erste Seite, als auch an die zweite Seite angeordnet werden. Beide Seiten des Kühlkörpermoduls sind also gleichermaßen dazu geeignet, um das weitere Modul daran anzuordnen.
  • Die Kühlstrukturen der beiden gegenüberliegenden Kühlflächen des Elektronikmoduls können identisch oder zumindest bereichsweise komplementär zueinander ausgebildet sein.
  • In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Elektronikmoduls weist das Kühlkörpermodul einen ersten Durchgang für ein Kühlmedium auf, der von einer der beiden Kühlflächen oder Seiten zur anderen der beiden Kühlflächen oder Seiten führt. Dadurch kann einfach Kühlmedium zu den beiden Kühlflächen oder Seiten des Elektronikmoduls geführt werden.
  • Bevorzugt weist das Kühlkörpermodul des Elektronikmoduls zudem einen zweiten Durchgang für das Kühlmedium auf, der ebenfalls von einer der beiden Kühlflächen oder Seiten zur anderen der beiden Kühlflächen oder Seiten führt. Der erste und der zweite Durchgang sind dabei an gegenüberliegenden Enden der zumindest einen Kühlfläche angeordnet. Somit kann ein Kühlmedium von einem der beiden Durchgänge hergeführt werden und über die Kühlfläche strömen und von dem anderen der beiden Durchgänge abgeführt werden. Mit anderen Worten dienen die Durchgänge also zum Durchleiten des Kühlmediums durch das Elektronikmodul hindurch und an der oder den Kühlflächen vorbei.
  • Insbesondere kann der erste Durchgang und (sofern vorhanden) der zweite Durchgang an dem Kühlkörpermodul so angeordnet sein, dass beim Stapeln von zwei und mehr identischer Elektronikmodule einerseits die ersten Durchgänge dieser Kühlkörpermodule in einer Reihe angeordnet sind und andererseits (sofern vorhanden) auch die zweiten Durchgänge dieser Elektronikmodule in einer Reihe angeordnet sind. Dadurch können die einen Durchgänge gemeinsam einen Verteiler (Verteilerkanal) bilden, um Kühlmedium zu den Kühlflächen der gestapelten Elektronikmodule hinzuführen. Die anderen Durchgänge können gemeinsam einen Sammler (Sammlerkanal) bilden, um Kühlmedium von den Kühlflächen der gestapelten Elektronikmodule abzuführen.
  • Das durch die Gehäuseteile des Kühlkörpermoduls gebildete Gehäuse des Elektronikmoduls bildet insbesondere eine seitliche Begrenzung der einen oder beider Kühlflächen des Elektronikmoduls. Das Gehäuse bildet auch eine seitliche Begrenzung des ersten Durchgangs und, sofern vorhanden, des zweiten Durchgangs. Das Gehäuse umschließt also die zumindest eine Kühlfläche und den zumindest einen Durchgang.
  • Das Gehäuse kann insbesondere rahmenförmig oder als Rahmen ausgebildet sein, innerhalb dessen die zumindest eine Kühlfläche und der zumindest eine Durchgang angeordnet sind. Außerdem ist das Gehäuse auf der ersten und zweiten Seite des Kühlkörpermoduls jeweils dazu ausgebildet, mit dem zumindest einen weiteren Modul durch Anordnung dieses weiteren Moduls auf die erste oder zweite Seite gestapelt zu werden.
  • Dadurch kann mittels des Gehäuses also seitlich zur Kühlfläche eine dichte Wandung gebildet werden, um Kühlmedium über die Kühlfläche zu leiten. Oberhalb der jeweiligen Kühlfläche kann das Gehäuse dann offen sein. Wenn zwei identische Elektronikmodule gestapelt werden, können somit die beiden zugehörigen Gehäuse aneinander anliegen und eine seitliche Abdichtung für ein die Kühlmedium in den Durchgänge und an den Kühlflächen der beiden Elektronikmodule bilden. Die erste Kühlfläche des einen Elektronikmoduls liegt in dem Stapel direkt gegenüber zur zweiten Kühlfläche des darauf gestapelten weiteren Elektronikmoduls - sofern dieses die zweite Kühlfläche aufweist. Durch die Durchgänge der Kühlkörpermodule kann dann das Kühlmedium einfach an die Kühlflächen der Elektronikmodul im Stapel geführt werden und auch davon weggeführt werden.
  • Das Gehäuse bildet demnach seitlich zu der zumindest einen Kühlfläche einen Abschluss für das Kühlmedium. In Richtung seitlich der zumindest einen Kühlfläche ist das Gehäuse somit dicht ausgeführt, sodass das Kühlmedium dort nicht unkontrolliert oder ungewollt in eine Umgebung austreten kann. Es können optional allerdings gezielte Zu- und Ableitungen von Kühlmedium seitlich des Gehäuses vorgesehen sein, um Kühlmedium dem Elektronikmodul, also zu dessen Kühlflächen, zuzuführen oder abzuführen.
  • Damit auf das Elektronikmodul weitere Module gestapelt werden können, ist das Gehäuse seines Kühlkörpermoduls entsprechend ausgeführt. Insbesondere verfügt das Gehäuse in Richtung der ersten und der zweiten Seite des Kühlkörpermoduls über entsprechende Schnittstellen, wie insbesondere miteinander korrespondierende Dichtflächen, Nuten, Federn (für eine Nut-Feder-Verbindung) oder Sicken. Dadurch ist es möglich, dass auf das Elektronikmodul ein identisches oder gleichartiges Elektronikmodul gestapelt werden kann. Es können auf das Elektronikmodul jedoch auch kompatible Gehäusemodule oder vielfältig andere Module aufgesetzt werden. Gehäusemodule verfügen dabei selbst über keine Elektronikkomponenten und dienen beispielsweise nur zur Verlängerung des Modulstapels oder zur gezielten Strömungsführung des Kühlmediums oder zum Zu- oder Abführen von Kühlmedium oder zur Aufhängung / Lagerung des Stapels.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Elektronikmoduls, die mittels des vorgeschlagenen Verfahrens gut herstellbar ist, ist zumindest aufweisend
    • • das erste Gehäuseteil mit einer ersten Kühlfläche für das Kühlmedium, und
    • • das zweite Gehäuseteil (optional mit einer zweiten Kühlfläche für das Kühlmedium), und
    • • das mit zumindest einer Befestigungsfläche an zumindest einem der Gehäuseteile so angeordnete Elektronikbauteil, dass es Wärme an die erste Kühlfläche (und optional die zweite Kühlfläche) abgeben kann.
  • Diese Befestigungsfläche dient zur Aufnahme des Verbindungsmaterials, insbesondere des thermischen Verbindungsmaterials. Dadurch ist das jeweilige Gehäuseteil mit dem Elektronikbauteil und gegebenenfalls auch mit dem jeweils anderen Gehäuseteil verbindbar. Insbesondere ist je Gehäuseteil zumindest oder genau eine solche Befestigungsfläche an dem Elektronikbauteil vorgesehen. Außerdem ist insbesondere an den Gehäuseteilen jeweils eine damit korrespondierende, insbesondere dazu komplementäre, Befestigungsfläche vorgesehen.
  • Das Elektronikbauteil weist insbesondere zumindest einen elektrischen Anschluss auf, der über die Befestigungsfläche hinausragt. Insbesondere ragt dieser elektrische Anschluss auch über das oder die Gehäuseteile hinaus. Über den elektrischen Anschluss ist das Elektronikbauteil elektrisch kontaktierbar. Darüber kann also ein elektrischer Strom dem Elektronikbauteil zugeführt oder davon abgeführt werden. Dadurch kann die elektrische Kontaktierung des Elektronikbauteils einfach erfolgen.
  • Bevorzugt ist das Elektronikbauteil vollständig über diesen zumindest einen elektrischen Anschluss kontaktierbar. Es besteht dann kein Bedarf zu Kontaktierungen an anderer Stelle des Elektronikbauteils. Zusätzlich kann die elektrische Kontaktierung des Elektronikbauteils auch durch eine elektrische Schnittstelle im Gehäuse zu einem auf das Elektronikmodul gestapelten weiteren Modul erfolgen.
  • Das Elektronikbauteil weist außerdem eine spezielle Ausformung zwischen seiner zumindest einen Befestigungsfläche und dem zumindest einen elektrischen Anschluss auf. Diese Ausformung bildet nämlich einen Damm für das Verbindungsmaterial. Somit bildet es eine Barriere zwischen dem elektrischen Anschluss und der Befestigungsfläche.
  • Durch diesen Damm wird verhindert, dass bei der Herstellung des Elektronikmoduls Verbindungsmaterial von der Befestigungsfläche an den elektrischen Anschluss gelangt. Dies kann nämlich zu Verklebungen oder zu Kurzschlüssen am betroffenen elektrischen Anschluss führen. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Verbindungsmaterial ein elektrisch leitendes Verbindungsmaterial genutzt wird, wie beispielsweise Lotmaterial oder Sintermaterial. Beispielsweise kann es beim Aufschmelzen von Lotmaterial zum Ausstoß von flüssigem Lot von der Befestigungsfläche kommen. Dies kann durch plötzliche Ausgasungen von im Lotmaterial enthaltenen Flussmitteln bedingt sein. Die dammartige Ausformung fängt solche Lotspritzer ab und verhindert dadurch ein ungewolltes Anhaften von Lot auf den elektrischen Anschluss.
  • Die Ausformung kann insbesondere durch eine Verbreiterung des Elektronikmoduls an der jeweiligen Stelle gebildet sein. Die Ausformung kann insbesondere rampenförmig ausgebildet sein. Die Rampenform kann insbesondere in Richtung des elektrischen Anschlusses ansteigen. Die Ausformung kann auch insbesondere stufenförmig ausgebildet sein. Die Ausformung kann unmittelbar benachbart zum elektrischen Anschluss angeordnet sein. Die Ausformung kann auch unmittelbar benachbart zur Befestigungsfläche angeordnet sein. Wenn mehrere elektrische Anschlüsse vorgesehen sind, kann für genau einen oder für mehrere oder für alle der elektrischen Anschlüssen genau eine Ausformung vorgesehen sein. Insbesondere kann auf jeder Seite des Elektronikbauteils, auf der sich einer oder mehrere elektrische Anschlüsse befinden, eine solche Ausformung vorgesehen sein. Insbesondere kann eine solche Ausformung auf einer Unterseite und/oder einer Oberseite des Elektronikbauteils vorgesehen sein. Durch die Ausformung kann auch die Positionierung des Elektronikbauteils bezüglich des Kühlkörpermoduls vereinfacht sein.
  • Bevorzugt ist das Gehäuseteil, das zu der Ausformung des Elektronikbauteils unmittelbar benachbart ist, komplementär zu der Ausformung ausgebildet. Dadurch ist das Gehäuseteil formschlüssig mit dem Elektronikbauteil ausgebildet. Dadurch wird die Positionierung des Elektronikbauteils bezüglich des jeweiligen Gehäuseteils vereinfacht.
  • Insbesondere bildet die Ausformung des Elektronikbauteils eine Rampe und das damit korrespondierende Gehäuseteil eine komplementäre Gegenrampe. Hierdurch wird das Elektronikbauteil automatisch richtig positioniert, wenn es auf dieses Gehäuseteil angeordnet wird. Dadurch wird die Positionierung des Elektronikbauteils bezüglich des jeweiligen Gehäuseteils weiter vereinfacht.
  • Wenn das Elektronikmodul die erste und die zweite Kühlfläche aufweist, ist das Elektronikbauteils insbesondere so mit der zumindest einen Befestigungsfläche zwischen die beiden Kühlflächen angeordnet, dass es Wärme an die beiden Kühlflächen abgeben kann.
  • Bevorzugt ist eine mit der Befestigungsfläche des Elektronikbauteils korrespondierende Befestigungsfläche in einer Vertiefung zumindest einer der beiden Gehäuseteile vorgesehen oder diese bildet die Vertiefung. Eine entsprechende zweite Befestigungsfläche kann in einer Vertiefung an dem anderen Gehäuseteil vorgesehen sein oder als Vertiefung dort ausgebildet sein. Diese Vertiefung oder Vertiefungen erstrecken sich dann insbesondere von einer ersten Seitenfläche des zugehörigen Gehäuseteils zu einer gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche des zugehörigen Gehäuseteils.
  • Durch die Vertiefung oder die Vertiefungen wird also eine Öffnung im Gehäuse geschaffen, wenn die beiden Gehäuseteile zusammengefügt sind. Diese Öffnung durchdringt insbesondere das Gehäuse von der einen zu der gegenüberliegenden anderen Seitenfläche des Gehäuses. Die Öffnung beinhaltet dann also die zumindest eine Befestigungsfläche zum daran Anordnen des Elektronikbauteils.
  • Das Elektronikbauteil weist bevorzugt zumindest zwei gegenüberliegende elektrische Anschlüsse auf, zwischen denen die zumindest eine Befestigungsfläche des Elektronikbauteils angeordnet ist. Der erste elektrische Anschluss kann bei der ersten Seitenfläche des Gehäuses angeordnet sein. Der zweite elektrische Anschluss kann bei der zweiten Seitenfläche des Gehäuses angeordnet sein. Die Anschlüsse befinden sich also an den gegenüberliegenden Seitenflächen des Gehäuses, wenn das Elektronikbauteil in das Gehäuse eingefügt ist. Bevorzugt ragen dort die Anschlüsse aus dem Gehäuse heraus. Das Elektronikbauteil weist dann eine erste Ausformung zwischen seiner Befestigungsfläche und dem ersten elektrischen Anschluss auf. Und das Elektronikbauteil weist dann eine zweite Ausformung zwischen seiner Befestigungsfläche und dem zweiten elektrischen Anschluss auf. Diese beiden Ausformungen bilden, wie oben erläutert, jeweils den Damm für das Verbindungsmaterial. Somit kann verhindert werden, dass Verbindungsmaterial von der Befestigungsfläche hin zu den beiden Anschlüssen gelangt.
  • Es wird angemerkt, dass das Kühlkörpermodul und insbesondere dessen Gehäuse (also die Gehäuseteile) vollständig oder teilweise aus einem gut wärmeleitenden Metall, wie beispielsweise Eisen oder Aluminium oder Kupfer oder Silber (dies beinhaltet auch Fe- oder AI- oder Cu- oder Ag-Legierungen) bestehen kann. Hierdurch kann gut Wärme vom Elektronikbauteil abgeführt werden.
  • Das Kühlkörpermodul und insbesondere dessen Gehäuse (also die Gehäuseteile) kann auch zumindest teilweise aus einem Kunststoff bestehen oder aus einer Keramik. Insbesondere kann das Kühlkörpermodul aus mehreren Werkstoffen bestehen, wie beispielsweise zumindest aus einem Metallteil und zumindest einem Kunststoffteil.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Elektronikmodul ein oder mehrere Elektronikbauteile zur Bildung eines Wechselrichters aufweist. Mittels eines Wechselrichters kann ein Gleichstrom in einen Wechselstrom umgewandelt werden und/oder umgekehrt.
  • Ein bevorzugtes Elektronikmodul verfügt dazu über zumindest eine elektrische Halbbrücke mit einem ersten und einem zweiten Leistungshalbleiter als Elektronikbauteile. Das bevorzugte Elektronikmodul weist insbesondere einen Highside-Leistungshalbleiter und einen Lowside-Leistungshalbleiter auf, insbesondere je ein IGBT oder MOSFET. Aus mehreren identischen oder vergleichbaren Elektronikmodulen kann dann beispielsweise eine elektrische Vollbrücke gebildet werden. Beispielsweise kann mit drei solcher Elektronikmodule, die dann bevorzugt direkt aufeinander gestapelt sind, ein B6-Wechselrichter gebildet werden.
  • Der vorgeschlagene Wechselrichter zur elektrischen Bestromung einer E-Maschine weist mehrere der vorgeschlagenen Elektronikmodule gestapelt auf. Beispielsweise können die Elektronikmodule unmittelbar aufeinander gestapelt sein. Wie erläutert kann beispielsweise ein B6-Wechselrichter durch einen Stapel von drei solcher Elektronikmodule gebildet sein. Ein derartiger Wechselrichter kann durch die einfache Massenfertigbarkeit solcher Elektronikmodule kostengünstig aufgebaut werden. Die Verwendung weiterer Kühlstrukturen kann entfallen. Außerdem ist ein solcher Wechselrichter einfach skalierbar, da beliebig viele Module aufeinander stapelbar sind.
  • Der ebenfalls vorgeschlagene Kraftfahrzeugantriebsstrang weist eine E-Maschine als Traktionsantrieb auf. Die E-Maschine dient also zum Fahrzeugvortrieb oder zur Fahrzeugverzögerung. Bei der Fahrzeugverzögerung arbeiten die E-Maschine und der Wechselrichter bevorzugt generatorisch und laden die Batterie. Der Antriebsstrang kann daher für ein rein elektrisch angetriebenes E-Fahrzeug dienen, oder er kann mit einem Verbrennungsmotor für ein Hybridfahrzeug dienen. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang zeichnet sich durch den vorgeschlagenen Wechselrichter zur elektrischen Bestromung der E-Maschine aus. Der Wechselrichter weist also, wie erläutert, einen Stapel aus mehreren der vorgeschlagenen Elektronikmodule auf. Unter einer solchen elektrischen Bestromung ist sowohl ein Zuführen von elektrischen Strömen zu der E-Maschine zu verstehen, als auch ein Abführen von elektrischen Strömen von der E-Maschine.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
    • 1 mehrere übereinander angeordnete Elektronikmodule,
    • 2 eine Schnittdarstellung durch eine Stapel von Elektronikmodulen,
    • 3 eine dreidimensionale Ansicht eines Kühlkörpermoduls eines Elektronikmoduls,
    • 4 eine dreidimensionale Explosionsdarstellung eines Elektronikmoduls,
    • 5 eine Detailansicht eines Elektronikbauteils eines Elektronikmoduls,
    • 6 eine Schnittdarstellung durch ein Elektronikmodul,
    • 7 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektronikmoduls,
    • 8 Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektronikmoduls,
    • 9 einen Kraftfahrzeugantriebsstrang.
  • In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt einen beispielhaften Stapel aus drei identischen Elektronikmodulen 1'. Im Folgenden wird daher lediglich eines der Elektronikmodulen 1' erläutert. Die Elektronikmodule 1' sind der Übersicht halber beabstandet angeordnet.
  • Das Elektronikmodul 1' verfügt als grundlegende Bauteile über ein Kühlkörpermodul 1 und ein darin angeordnetes Elektronikbauteil 8A.
  • Das Kühlkörpermodul 1 verfügt über eine erste Kühlfläche 6 auf einer ersten Seite A des Kühlkörpermoduls 1, beispielsweise einer Oberseite. Und das Kühlkörpermodul 1 verfügt über eine optionale zweite Kühlfläche 7 auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite B des Kühlkörpermoduls 1, beispielsweise einer Unterseite. Im Stapel sind hierbei die ersten Seiten A der Kühlkörpermodule 1 der Elektronikmodule 1' jeweils auf zweite Seiten B der Kühlkörpermodule 1 gestapelt. Dadurch liegt im Stapel die erste Kühlflächen 6 eines der Elektronikmodule 1' der zweiten Kühlflächen 7 des darauf gestapelten Elektronikmoduls 1' gegenüber.
  • Das Kühlkörpermodul 1 verfügt über eine Stelle 8 zum Anordnen des Elektronikbauteils 8A zwischen den beiden Kühlflächen 6, 7. Durch Anordnen des Elektronikbauteils 8A an das Kühlkörpermodul 1 wird das Elektronikmodul 1' gebildet.
  • Die Stelle 8 ist so gewählt, dass das Elektronikbauteil 8A an die erste Kühlfläche 6 und, sofern vorhanden, an die zweite Kühlflächen 7 Wärme abgeben kann. Die Stelle 8 ist beispielhaft durch eine seitlich des Kühlkörpermoduls 1 zugängliche Öffnung ausgebildet. In diese Öffnung ist das Elektronikbauteil 8A eingelegt und daran befestigt. Hierzu wird ein Verbindungsmaterial 23 eingesetzt (siehe beispielsweise 4), wie beispielsweise Lotmaterial, Sintermaterial oder Kunstharz. Außerdem kann es mit dem Kühlkörpermodul 1 mittels Gussmasse 24 vergossen sein.
  • Das Elektronikbauteil 8A kann insbesondere einen oder mehrere Leistungshalbleiter, wie einen IGBT oder MOSFET, aufweisen. Das Elektronikbauteil 8A kann insbesondere eine Leiterplatte / PCB (= printed circuit board) oder ein Keramiksubstrat aufweisen, auf dem ein oder mehrere Leistungshalbleiter angeordnet sind. Das Elektronikbauteil 8A kann eine elektrische Halbbrücke mit zumindest zwei Leistungshalbleitern bilden.
  • Die erste Kühlfläche 6 und, sofern vorhanden, die zweite Kühlfläche 7 weist eine Kühlstruktur mit einer Mehrzahl an Vorsprüngen auf. Diese Kühlstrukturen werden in den Figuren beispielhaft durch so genannte Pin-Fin-Strukturen gebildet, auch Stiftkühler genannt. Die Vorsprünge werden demnach durch einzelne Stifte gebildet. Es sind jedoch andere Ausführungen für die Kühlstrukturen möglich. Beispielsweise können optional oder alternativ auch Rippen- und/oder Wabenstrukturen eingesetzt werden. Einige oder alle der Vorsprünge werden dann dementsprechend durch Rippen oder Waben gebildet.
  • Die Kühlflächen 6, 7 sind von Kühlmedium umströmbar. Dadurch können sie Wärme daran abgeben oder auch Wärme darüber aufnehmen. Je nach Ausführung kann die Kühlfläche 6, 7 somit zur Wärmeabgabe an das Kühlmedium dienen oder zur Wärmeaufnahme von dem Kühlmedium. In letzterem Fall dient die Kühlfläche 6, 7 also zur Kühlung des Kühlmediums.
  • Das Kühlkörpermodul 1 verfügen auch über ein zumindest zweiteiliges Gehäuse 11. Für die erste Seite A ist ein erstes Gehäuseteil 11A des Gehäuses 11 vorgesehen. Dieses erste Gehäuseteil 11A erstreckt sich in Richtung der ersten Seite A. Analog dazu ist für die zweite Seite B ein zweites Gehäuseteil 11B des Gehäuses 11 vorgesehen. Dieses erstreckt sich in Richtung der zweiten Seite B. Das erste Gehäuseteil 11A bildet die erste Seite A und die erste Kühlfläche 6 aus. Das zweite Gehäuseteil 11B bildet die zweite Seite B und die zweite Kühlfläche 7 aus. Die Gehäuseteile 11A, 11B können einteilig ausgeführt sein oder selbst aus mehreren Einzelteilen aufgebaut sein.
  • Die Gehäuseteile 11A, 11B umschließen die jeweilige Kühlfläche 6, 7 seitlich. Sie bilden also zusammen eine seitliche Begrenzung der beiden Kühlflächen 6, 7. Sie verhindern somit ein ungewolltes Austreten von Kühlmedium seitlich zu den Kühlflächen 6, 7. In Richtung erster und zweiter Seite A, B ist das durch die Gehäuseteile 11A, 11B jeweils gebildete Gehäuse 11 hingegen offen. Somit kann Kühlmedium in Richtung erster und zweiter Seite A, B aus den einzelnen Gehäusen 11 austreten. Entsprechend kann das Kühlmedium im Elektronikmodulstapel zwischen den einzelnen Elektronikmodulen 1' hindurchströmen oder zirkulieren.
  • Das Gehäuse 11 und die einzelnen Gehäuseteile 11A, 11B sind jeweils beispielhaft rahmenförmig ausgebildet. Im Inneren des Rahmens sind die Kühlflächen 6, 7 angeordnet, sowie die dazwischenliegende Stelle 8 zum Anordnen des Elektronikbauteils 8A. Das Gehäuse 11 ist dadurch im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Es sind allerdings auch andere Formen möglich, beispielsweise eine runde oder ovale Form.
  • Vorliegend sind im Bereich der außenliegenden Ecken der Rechteckform Durchgangsöffnungen vorgesehen. Durch diese können jeweils eine Schraube oder ein Bolzen durchgeführt werden, um die aufeinander gestapelten Module 1, 2, 3 miteinander zu verspannen. Es sind jedoch alternative Möglichkeiten einsetzbar, um die Module 1, 2, 3 miteinander fest zu verbinden.
  • Die Stelle 8 zum Anordnen des Elektronikbauteils 8A befindet sich an der Trennebene zwischen den Gehäuseteilen 11A, 11B. Dort befindet sich je Gehäuseteil 11A, 11B eine Befestigungsfläche 8B (siehe beispielsweise 4). Die Befestigungsflächen 8B dienen zur Aufnahme des Verbindungsmaterials 23, mittels dessen das Elektronikbauteil 8A mit den Gehäuseteilen 11A, 11B verbunden werden kann. Eine damit korrespondierende Befestigungsfläche 8B befindet sich auch an dem Elektronikbauteil 8A. Die Befestigungsflächen 8B der Gehäuseteile 11A, 11B und des Elektronikbauteils 8A liegen im fertigen Elektronikmodul 1' benachbart zueinander und sind mittels des Verbindungsmaterials 23 miteinander fest verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden.
  • Das Elektronikbauteil 8A weist mehrere elektrische Anschlüsse 14 auf. Diese ragen über seine Befestigungsfläche 8B und das Gehäuse 11 hinaus. Über diese elektrischen Anschlüsse 14 ist das Elektronikbauteil 8A vollständig elektrisch kontaktierbar. Die elektrischen Anschlüsse 14 sind an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Gehäuses 11 und damit des Elektronikmoduls 1' angeordnet. Diese Seitenflächen bilden nicht die beiden Seiten A, B.
  • Das Elektronikmodule 1' ist dazu ausgebildet, mit einem weiteren Modul, insbesondere Gehäusemodulen 2, 3 (siehe 2) oder gleichartigen oder identischen Elektronikmodulen 1', gestapelt zu werden. Dazu sind die beiden Seiten A, B des Kühlkörpermoduls 1 gleichermaßen zum darauf Anordnen des weiteren Moduls 1', 2, 3 ausgebildet. Insbesondere sind die beiden Seiten A, B eines Kühlkörpermoduls 1, insbesondere im Bereich des Gehäuses 11, komplementär zueinander ausgeformt.
  • Beispielsweise können entsprechende Nuten oder Federn auf den beiden Seiten A, B ausgebildet sein. In die Nut kann ein Dichtmittel eingefügt sein, wie beispielsweise ein O-Ring oder eine Schnurdichtung oder Dichtungsmasse.
  • Insbesondere bilden die beiden Seiten A, B des Kühlkörpermoduls 1 (des Gehäuses 11) Dichtflächen aus. Die beiden Kühlflächen 6, 7 liegen beispielhaft parallel zu diesen Dichtflächen und somit auch parallel zueinander. Somit liegen die Kühlflächen 6, 7 in einem Stapel aus identischen Elektronikmodulen 1' stets parallel zueinander.
  • Es ist alternativ möglich, die Kühlflächen 6, 7 zu den Dichtflächen gewinkelt auszuführen. Es ist alternativ auch möglich, die Kühlfläche 6, 7 zueinander gewinkelt auszuführen. Ebenso ist es möglich, dass eine oder beide der Kühlflächen 6, 7 konvex oder konkav ausgebildet sind.
  • Zum besseren Verständnis der Richtungsangaben sind beispielhaft in 1 die Richtungen „unterhalb und oberhalb des Elektronikmoduls 1'“ (= axiale Richtungen) sowie die Richtung „seitlich“ durch Pfeile gezeigt. Hierbei bedeutet U = unterhalb des Elektronikmoduls 1' und O = oberhalb des Elektronikmoduls 1' und S = seitlich. In den übrigen Figuren gilt dies entsprechend.
  • 2 zeigt drei aufeinander gestapelte Elektronikmodule 1'. Diese sind identisch zueinander ausgeführt und entsprechen den Elektronikmodulen 1' aus 1. Die Erläuterungen zu einer der 1 und 2 gelten dementsprechend auch für die andere der 1 und 2.
  • Oberhalb ist der Stapel durch ein Gehäusemodul 2 in Form einer dichten Abdeckplatte abgeschlossen. Unterhalb ist der Stapel durch ein weiteres Gehäusemodul 3 abgeschlossen. Dieses Gehäusemodul 3 weist zumindest einen Zulauf 4 und einen Ablauf 5 für ein Kühlmedium auf, zum Zuführen und Abführen von Kühlmedium zu den einzelnen Kühlkörpermodulen 1.
  • Um einen freien Austausch von Kühlmedium zwischen der ersten und zweiten Kühlfläche 6, 7 (und dadurch zwischen den Kühlkörpermodulen 1 im Stapel) zu ermöglichen, weist das Kühlkörpermodul 1 innerhalb des Gehäuses 11 einen ersten Durchgang 12 für eine Kühlmedium von einer der beiden Kühlflächen 6, 7 zur anderen der beiden Kühlflächen 6, 7 auf. Außerdem weist das Kühlkörpermodul 1 einen zweiten Durchgang 13 für das Kühlmedium von einer der beiden Kühlflächen 6, 7 zur anderen der beiden Kühlflächen 6, 7 innerhalb des Gehäuses 11 auf. Die beiden Durchgänge 12, 13 sind hierbei an gegenüberliegenden Enden der Kühlflächen 6, 7 angeordnet. Dadurch kann Kühlmedium durch den ersten Durchgang 12 zu den beiden Kühlflächen 6, 7 gelangen, an diesen vorbeiströmen und durch den zweiten Durchgang 13 wieder abgeführt werden.
  • Die Elektronikmodule 1' sind im Stapel so angeordnet, dass die ersten und zweiten Durchgänge 12, 13 hintereinander angeordnet sind, also in Reihe zueinander (siehe beispielsweise 2). Dadurch bilden die ersten Durchgänge 12 gemeinsam einen Verteilerkanal. Die zweiten Durchgänge 13 bilden gemeinsam einen Sammlerkanal. Der Verteilerkanal ist an den Zulauf 4 angeschlossen. Dadurch kann Kühlmedium dem Verteilerkanal zugeführt werden. Der Sammlerkanal ist an den Ablauf 5 angeschlossen. Dadurch kann Kühlmedium von dem Sammlerkanal abgeführt werden. Somit kann einfach ein Kühlkreislauf für die Elektronikmodule 1' im Stapel erzeugt werden.
  • Ein alternativer Stapel aus Elektronikmodulen 1' weist mehr oder weniger solcher Elektronikmodule 1' auf. Außerdem können in dem Stapel keine oder andere Gehäusemodule 2, 3 vorgesehen sein.
  • 3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der beiden Gehäuseteile 11A und 11B des Elektronikmoduls 1' aus 1 und 2 im Detail. Die beiden Teile 11A und 11B sind hierbei zur besseren Anschauung voneinander getrennt.
  • Dadurch ist der Blick auf die daran vorgesehenen Stellen 8 zur Anordnung des Elektronikbauteils 8A sichtbar. Auch sind komplementäre Nuten 15 und Federn 16 an den Gehäuseteilen 11A, 11B sichtbar. Diese umgeben jeweils die Durchgänge 12 und 13. Dadurch können diese gut abgedichtet werden. In der Nut 15 kann Dichtmaterial angeordnet sein, wie beispielsweise ein O-Ring oder eine Dichtschnur oder Dichtmasse.
  • Die Stellen 8 zum Anordnen des Elektronikbauteils 8A entspricht den Befestigungsflächen 8B an den Gehäuseteilen 11A, 11B, auf welche das Verbindungsmaterial auftragbar ist, um das Elektronikbauteil 8A mit dem jeweiligen Gehäuseteil 11A, 11B zu verbinden.
  • Die Befestigungsflächen 8B der Gehäuseteile 11A, 11B sind beispielhaft als Vertiefungen in den beiden Gehäuseteilen 11A, 11B ausgebildet. Diese Vertiefung erstreckt sich von der einen Seitenfläche des Gehäuseteils 11A, 11B zur gegenüberliegenden anderen Seitenfläche des Gehäuseteils 11A, 11B. Dadurch kann das Elektronikbauteil 8A entlang dieser Vertiefungen das Gehäuse durchdringen. Diese Vertiefungen bilden im zusammengesetzten Zustand des Kühlkörpermodul 1 die Öffnung, die sich von einer Seitenfläche des Kühlkörpermoduls 1 zur gegenüberliegenden anderen Seitenfläche erstreckt.
  • 4, 5, 6 zeigen eine besondere Ausführungsform des Elektronikmoduls 1'. Dieses Elektronikmoduls 1' entspricht im Wesentlichen denjenigen aus 1 und 2, weshalb im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Mittels des in 4, 5, 6 gezeigten Elektronikmoduls 1' kann analog zur 1 und 2 ein Stapel gebildet werden.
  • Der Übersicht halber sind in 4 und 6 die Kühlstrukturen der beiden Kühlflächen 6, 7 nicht näher gezeigt.
  • Gemäß 4, 5, 6 weist das Elektronikmodul 1' Ausformungen 22 in Form von Rampen auf. Dies sind zwischen den Befestigungsflächen 8B des Elektronikbauteils 8A zum Anordnen des Verbindungsmaterials 23 einerseits und den daran benachbarten Anschlüssen 14 andererseits angeordnet. Da das Elektronikbauteil 8A auf seiner Oberseite und auf seiner Unterseite jeweils über eine solche Befestigungsfläche 8B verfügt, sind Ausformungen 22 auf der Oberseite und der Unterseite des Elektronikbauteils 8A vorgesehen. Da zudem Anschlüsse 14 an gegenüberliegenden Enden / Seitenflächen des Elektronikbauteils 8A vorgesehen sind, sind auch entsprechende Ausformungen 22 an beiden Enden / Seitenflächen vorgesehen.
  • Die Ausformungen 22 bilden jeweils einen Damm für das auf der angrenzenden Befestigungsfläche 8B befindliche Verbindungsmaterial 23. Damit wird verhindert, das Verbindungsmaterial 23 bei der Herstellung des Elektronikmoduls 1' auf die Anschlüsse 14 geraten kann.
  • Wie erläutert, verfügen die Gehäuseteile 11A, 11B ebenfalls über Befestigungsflächen 8B, die mit den Befestigungsflächen 8B des Elektronikbauteils 8A korrespondieren und insbesondere komplementär dazu ausgebildet sind. Die Ausformungen 22 dienen dementsprechend auch dazu, um einen Damm für das auf den Befestigungsflächen 8B der Gehäuseteile 11A, 11B möglicherweise befindliche Verbindungsmaterial 23 zu bilden.
  • Vorliegend ist auf der Ober- und Unterseite des Elektronikbauteils 8A genau eine Ausformung 22 für sämtliche Anschlüsse 14 an den gegenüberliegenden Enden / Seitenflächen des Elektronikbauteils 8A vorgesehen. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass für jeden der Anschlüsse 14 je Befestigungsfläche 8B eine eigene Ausformung 22 vorgesehen ist.
  • Durch die rampenförmige Ausführung der Ausformungen 22 an gegenüberliegenden Enden / Seitenflächen des Elektronikbauteils 8A ergibt sich außerdem eine selbständige Positionierung des Elektronikbauteils 8A, wenn dieses an eines der beiden Gehäuseteile 11A, 11B oder zwischen die Gehäuseteile 11A, 11B angeordnet wird. Entsprechendes gilt für die Gehäuseteile 11A, 11B, wenn diese an das Elektronikbauteil 8A angeordnet werden. Alternativ zur Rampenform können die Ausformungen 22 auch stufenförmig ausgebildet sein oder eine andere geeignete Form aufweisen.
  • Die Gehäuseteile 11A, 11B sind bevorzugt komplementär zu den Ausformungen 22 am Elektronikbauteil 8A ausgebildet. Dies begünstigt die selbständige Positionierung des Elektronikbauteils 8A. Die Gehäuseteile 11A, 11B verfügen demnach vorliegend an den Enden der Befestigungsfläche 8B über eine entsprechende Rampe (eine Fasen).
  • Die Ausformungen 22 am Elektronikbauteil 8A werden insbesondere dadurch gebildet, dass das Elektronikbauteil 8A mit Gussmasse 24 eine entsprechende Form erhält. Bevorzugt wird das Elektronikbauteil 8A daher vor dem Anordnen an das Kühlkörpermodul 1 mit Gussmasse 24 entsprechend vergossen. Die Ausformungen 22 bestehen in diesem Fall also zumindest zum Teil bevorzugt aus ausgehärteter Gussmasse 24.
  • 5 zeigt eine Detailansicht einer der Ausformungen 22 aus 4. Hieraus ist ersichtlich, dass die Form der Ausformung 22 so ausgeführt ist, dass sich eine in Richtung der Anschlüsse 14 ansteigende Rampe ergibt. Auch dies begünstigt die selbständige Positionierung des Elektronikbauteils 8A.
  • 6 zeigt eine Schnittdarstellung durch das Elektronikmodul 1' aus 4 entlang des Elektronikbauteils 8A. Die Gehäuseteile 11A, 11B sind hierbei von dem Elektronikbauteil 8A der Übersicht halber beabstandet dargestellt. In 6 ist gut die Form der Ausformungen 22 erkennbar. Ebenso ist darin gut die Anordnung der einzelnen Befestigungsflächen 8B der Gehäuseteile 11A, 11B und des Elektronikbauteils 8A erkennbar.
  • Die 7 und 8 zeigen Schritte unterschiedlicher Verfahren zur Herstellung des in den vorherigen Figuren gezeigten Elektronikmoduls 1'. Die zeitliche Abfolge des jeweiligen Verfahrens folgt den dargestellten Pfeilen, also von oben nach unten.
  • Gemäß 7 werden zunächst das Elektronikbauteil 8A und das Kühlkörpermodul 1 bereitgestellt. Das Kühlkörpermodul 1 ist stellvertretend durch das Gehäuseteil 11B dargestellt.
  • Das Elektronikbauteil 8A wird dann auf eines der Gehäuseteile 11A, 11B des Kühlkörpermoduls 1 angeordnet (in 7 beispielhaft auf das Gehäuseteil 11B) und dort positioniert. Es wird auch vorher und/oder nachher das Verbindungsmaterial 23 auf die Befestigungsflächen 8B zumindest eines der Gehäuseteile 11A, 11B und/oder des Elektronikbauteils 8A aufgetragen.
  • Anschließen wird das Gehäuse 11 des Kühlkörpermoduls 1 komplettiert, indem auch das andere der Gehäuseteile 11A, 11B auf das Elektronikbauteil 8A und auf das eine der Gehäuseteile 11A, 11B angeordnet und positioniert wird. Verbindungsmaterial 23 befindet sich nun einerseits zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 11A, 11B und andererseits zwischen den Gehäuseteilen 11A, 11B und dem Elektronikbauteil 8A.
  • Es erfolgt dann die Herstellung der eigentlichen Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 11A, 11B und dem Elektronikbauteil 8A. Je nach Wahl des Verbindungsmaterials 23 erfordert dies ein Aktivieren des Verbindungsmaterials 23, sodass es die genannten Teile miteinander verbindet. Dies kann beispielsweise einen Back-, Sinter-, oder Lötprozess umfassen, in dem das Verbindungsmaterial 23 erforderlichenfalls aufgeschmolzen und anschließend ausgehärtet wird.
  • Schließlich folgt ein Schritt, in dem das Elektronikbauteil 8A innerhalb des Kühlkörpermoduls 1 mit Gussmasse 24 vergossen (eingegossen) wird. Dadurch wird beispielsweise Luft in verbliebenen Zwischenräumen zwischen dem Elektronikbauteil 8A und den Gehäuseteilen 11A, 11B und/oder innerhalb des Elektronikbauteils 8A durch Gussmasse 24 verdrängt. Hierbei können auch Stecker oder Buchsen an den Anschlüssen 14 des Elektronikbauteils 8A durch die Gussmasse 24 ausgeformt werden. Durch das Vergießen ist das Elektronikbauteil 8A insbesondere dicht mit dem Kühlkörpermodul 1 verbunden Das Elektronikbauteil 8A ist dann also dicht in das Kühlkörpermoduls 1 eingebettet. Es ist somit eine kompakte Einheit gebildet, nämlich das Elektronikmodul 1'.
  • Bei dem Schritt des Vergießend des Elektronikbauteil 8A kann es sich um den letzten Herstellungsschritt handeln. Optional können weitere Schritte, beispielsweise zur weiteren Bearbeitung und/oder zum Prüfen des Elektronikmoduls 1', folgen.
  • Auch bei dem Herstellungsverfahren gemäß 8 werden zunächst das Elektronikbauteil 8A und das Kühlkörpermodul 1 bereitgestellt. Das Kühlkörpermodul 1 ist stellvertretend durch das Gehäuseteil 11B dargestellt.
  • Allerdings wird im Unterschied zur 6 das Elektronikbauteil 8A mit Gussmasse 24 vergossen und insbesondere darin eingebettet, bevor das Elektronikbauteil 8A auf zumindest eines der Gehäuseteile 11A, 11B angeordnet wird. Im Rahmen des Gießens werden insbesondere die Ausformungen 22 an dem Elektronikbauteil 8A ausgeformt, also daran angegossen. Hierbei können auch Stecker oder Buchsen an den Anschlüssen 14 des Elektronikbauteils 8A durch die Gussmasse 24 ausgeformt werden.
  • Wie aus 8 hervorgeht, können Bereiche des Elektronikbauteil 8A von Gussmasse 24 ausgespart sein, insbesondere die Befestigungsflächen 8B zum späteren Aufbringen des Verbindungsmaterials 23 und zum Anlegen an die korrespondierenden Befestigungsflächen 8B der Gehäuseteile 11A, 11B.
  • Nach dem Vergießen des Elektronikbauteils 8A wird dieses dann auf eines der Gehäuseteile 11A, 11B des Kühlkörpermoduls 1 angeordnet (in 7 beispielhaft auf das Gehäuseteil 11B) und dort positioniert. Es wird auch vorher und/oder nachher Verbindungsmaterial 23 auf die Befestigungsflächen 8B zumindest eines der Gehäuseteile 11A, 11B und/oder des (bereits vergossenen) Elektronikbauteils 8A aufgetragen.
  • Auch hier wird anschließend das Gehäuse 11 des Kühlkörpermoduls 1 komplettiert, indem auch das andere der Gehäuseteile 11A, 11B auf das (bereits vergossene) Elektronikbauteil 8A und auf das eine der Gehäuseteile 11A, 11B angeordnet und positioniert wird. Verbindungsmaterial 23 befindet sich nun einerseits zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 11A, 11B und andererseits zwischen den Gehäuseteilen 11A, 11B und dem (bereits vergossenen) Elektronikbauteil 8A.
  • Es erfolgt dann die Herstellung der eigentlichen Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 11A, 11B und dem Elektronikbauteil 8A. Je nach Wahl des Verbindungsmaterials erfordert dies auch hier ein Aktivieren des Verbindungsmaterials 23, sodass es die genannten Teile miteinander verbindet. Analog zur 7 kann dies auch beispielsweise einen Back-, Sinter-, oder Lötprozess umfassen, in dem das Verbindungsmaterials 23 erforderlichenfalls aufgeschmolzen und anschließend ausgehärtet wird.
  • Ein abschließendes (nochmaliges) Vergießen des Elektronikbauteils 8A mit dem Kühlkörpermodul 1 kann hierbei entfallen. Die kompakte Einheit des Elektronikmoduls 1' wird mit der Verbindung der Gehäuseteile 11A, 11B untereinander und mit dem Elektronikbauteil 8A gebildet.
  • Bei dem Schritt des Verbindens dieser Teile 8A, 11A, 11B kann es sich dann insbesondere um den letzten Herstellungsschritt handeln. Auch hier können optional weitere Schritte, beispielsweise zur weiteren Bearbeitung und/oder zum Prüfen des Elektronikmoduls 1', folgen.
  • 9 zeigt einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, aufweisend eine E-Maschine 18 als ein Traktionsantrieb sowie einen Wechselrichter 19 zur elektrischen Bestromung der E-Maschine 18. Bei der E-Maschine 18 kann es sich insbesondere um eine Drehfeldmaschine handeln, wie eine Synchron- oder Asynchronmaschine. Die E-Maschine 18 wird über Phasenleitungen mit Wechselstrom vom Wechselrichter 19 versorgt. Der Wechselrichter 19 bezieht die dazu nötige elektrische Energie über Gleichstromleitungen aus einem elektrischen Energiespeicher 20, wie beispielsweise aus einem Akkumulator oder Kondensator. Der elektrische Energiespeicher 20 liefert also einen Gleichstrom. Dieser wird vom Wechselrichter 19 in Wechselstrom für die E-Maschine 18 gewandelt. Die E-Maschine 18 treibt dadurch dann beispielsweise Fahrzeugräder 21 an.
  • Der Wechselrichter 19 ist vorliegend aus einem Stapel von Elektronikmodulen 1' aufgebaut. Dazu werden zwei oder mehr der vorgeschlagenen Elektronikmodule 1' mit den entsprechenden Kühlkörpermodulen 1' eingesetzt. Der Wechselrichter 19 kann beispielsweise einen Stapel Elektronikmodule 1' gemäß einer der 1, 2, 4 aufweisen oder damit aufgebaut sein. Die axialen Abschlüsse des Stapels können entsprechend der 2 von Gehäusemodulen 2, 3 gebildet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kühlkörpermodul
    1'
    Elektronikmodul
    2
    Gehäusemodul
    3
    Gehäusemodul
    4
    Zulauf
    5
    Ablauf
    6
    Kühlfläche
    7
    Kühlfläche
    8
    Stelle
    8A
    Elektronikbauteil
    8B
    Befestigungsfläche
    11
    Gehäuse, Rahmen
    11A
    Teil des Gehäuses / Rahmens
    11B
    Teil des Gehäuses / Rahmens
    12
    Durchgang
    13
    Durchgang
    14
    elektrischer Anschluss
    15
    Nut
    16
    Feder
    18
    E-Maschine
    19
    Wechselrichter
    20
    Energiespeicher
    21
    Fahrzeugrad
    22
    Ausformung
    23
    Verbindungsmaterial
    A
    Seite, Oberseite
    B
    Seite, Unterseite
    O
    Richtung oberhalb eines Kühlkörpermoduls 1, axiale Richtung
    U
    Richtung unterhalb eines Kühlkörpermoduls 1, axiale Richtung
    S
    seitliche Richtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2019429 A1 [0003]
    • DE 102016223889 [0004]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Elektronikmoduls (1'), wobei das Elektronikmodul (1') aufweisend ist • ein Kühlkörpermodul (1) mit zumindest zwei Gehäuseteilen (11A, 11B) und mit zumindest einer ersten Kühlfläche (6) für ein Kühlmedium auf einer ersten Seite (A) des Kühlkörpermoduls (1) und mit einer zweiten Seite (B) des Kühlkörpermoduls (1), wobei das erste Gehäuseteil (11A) die erste Seite (A) mit der ersten Kühlfläche (6) bildet und das zweite Gehäuseteil (11B) die zweite Seite (B) bildet, und • ein zwischen den beiden Seiten (A, B) des Kühlkörpermoduls (1) so angeordnetes Elektronikbauteil (8A), dass das Elektronikbauteil (8A) Wärme an zumindest die erste Kühlfläche (6) abgeben kann, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: • Bereitstellen des Elektronikbauteils (8A) und des Kühlkörpermoduls (1), • Anbringen von Verbindungsmaterial (23) auf das Elektronikbauteil (8A) und/oder zumindest eines der Gehäuseteile (11A, 11B) und Positionierung des Elektronikbauteils (8A) bezüglich zumindest eines der Gehäuseteile (11A, 11B), • Verbinden der beiden Gehäuseteile (11A, 11B) sowie des Elektronikbauteils (8A) mit den Gehäuseteilen (11A, 11B) mittels des Verbindungsmaterials (23), • Vergießen des Elektronikbauteils (8A) mit einer Gussmasse (24).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zeitliche Reihenfolge der Schritte der in Anspruch 1 angegeben Reihenfolge entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zeitliche Reihenfolge der Schritte wie folgt ist: • Bereitstellen des Elektronikbauteils (8A) und des Kühlkörpermoduls (1), • Vergießen des Elektronikbauteils (8A) mit einer Gussmasse (24), • Anbringen von Verbindungsmaterial (23) auf das Elektronikbauteil (8A) und zumindest eines der Gehäuseteile (11A, 11B) und Positionierung des Elektronikbauteils (8A) bezüglich zumindest eines der Gehäuseteile (11A, 11B), • Verbinden der Gehäuseteile (11A, 11B) sowie des Elektronikbauteils (8A) mit den Gehäuseteilen (11A, 11B) mittels des Verbindungsmaterials (23).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei dem Verbindungsmaterial (23) um ein thermisches Verbindungsmaterial (23) handelt und der Schritt: • Verbinden der Gehäuseteile (11A, 11B) sowie des Elektronikbauteils (8A) mit den Gehäuseteilen (11A, 11B) mittels des Verbindungsmaterials (23). durch thermisches Verbinden erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektronikmodul (1') dazu ausgebildet ist mit zumindest einem weiteren Modul (1', 2, 3), insbesondere einem Gehäusemodul (2, 3) oder einem gleichartigen oder identischen Elektronikmodul (1'), durch Anordnung dieses weiteren Moduls (1, 2, 3') wahlweise auf die erste oder zweite Seite (A, B) gestapelt zu werden.
  6. Elektronikmodul (1'), zumindest aufweisend • ein erstes Gehäuseteil (11A) mit einer ersten Kühlfläche (6) für ein Kühlmedium, und • ein zweites Gehäuseteil (11B), und • ein mit zumindest einer Befestigungsfläche (8B) des Elektronikbauteils (8A) an eines der Gehäuseteile (11A, 11B) so angeordnetes Elektronikbauteil (8A), dass es Wärme an die erste Kühlfläche (6) abgeben kann, wobei die Befestigungsfläche (8B) zur Aufnahme von Verbindungsmaterial (23) zum Verbinden des Gehäuseteiles (11A, 11B) mit dem Elektronikbauteil (8A) ausgebildet ist, wobei das Elektronikbauteil (8A) zumindest einen elektrischen Anschluss (14) aufweist, der über die Befestigungsfläche (8B) hinausragt, wobei das Elektronikbauteil (8A) eine Ausformung (22) zwischen der Befestigungsfläche (8B) und dem elektrischen Anschluss (14) aufweist, die einen Damm für das Verbindungsmaterial (23) bildet.
  7. Elektronikmodul (1') nach Anspruch 6, zumindest aufweisend: • die erste Kühlfläche (6) auf einer ersten Seite (A) des Kühlkörpermoduls (1), die durch das erste Gehäuseteil (11A) des Kühlkörpermoduls (1) gebildet werden, und • eine zur ersten Kühlfläche (6) gegenüberliegende zweite Kühlfläche (7) auf einer zweiten Seite (B) des Kühlkörpermoduls (1), die durch das zweite Gehäuseteil (11B) des Kühlkörpermoduls (1) gebildet werden, und • das Elektronikbauteils (8A), das mit der Befestigungsfläche (8B) zwischen den beiden Kühlflächen (6, 7) so angeordnet ist, dass es Wärme an beide Kühlflächen (6, 7) abgeben kann, wobei das Elektronikmodul (1') dazu ausgebildet ist, mit zumindest einem weiteren Modul (1', 2, 3), insbesondere einem Gehäusemodul (2, 3) oder einem gleichartigen oder identischen Elektronikmoduls (1'), durch Anordnung dieses weiteren Moduls (1', 2, 3) wahlweise auf die erste oder zweite Seite (A, B) gestapelt zu werden.
  8. Elektronikmodul (1') nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei wobei das Elektronikbauteil (8A) zumindest zwei gegenüberliegende elektrische Anschlüsse (14) aufweist, zwischen denen die Befestigungsfläche (8B) des Elektronikbauteils (8A) angeordnet ist, wobei das Elektronikbauteil (8A) eine erste Ausformung (22) zwischen dieser Befestigungsfläche (8B) und dem ersten elektrischen Anschluss (14) aufweist, die einen Damm für das Verbindungsmaterial (23) bildet, und wobei das Elektronikbauteil (8A) eine zweite Ausformung (22) zwischen dieser Befestigungsfläche (8B) und dem zweiten elektrischen Anschluss (14) aufweist, die einen Damm für das Verbindungsmaterial (23) bildet.
  9. Elektronikmodul (1') nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit zumindest einer elektrischen Halbbrücke mit einem ersten und einem zweiten Leistungshalbleiter als Elektronikbauteile (8A).
  10. Wechselrichter (19) zur elektrischen Bestromung einer E-Maschine (18), gekennzeichnet durch mehrere gestapelte Elektronikmodule (1') nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
  11. Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer E-Maschine (18) als Traktionsantrieb, gekennzeichnet durch einen Wechselrichter (19) nach Anspruch 10 zur elektrischen Bestromung der E-Maschine (18).
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