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Gebiet der Erfindung
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Leistungselektronik und insbesondere auf eine mehrschichtige Stromschienenanordnung und ein Leistungsmodul mit einer solchen, welche eine teilentladungsfreie Verbindung ermöglichen.
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Eine laminierte oder in Schichten ausgebildete Stromschiene ist eine mehrschichtige elektrische Verbindungsstruktur, hat Vorteile wie z. B. eine niedrige Impedanz, eine Entstörfähigkeit, eine bessere Zuverlässigkeit und eine einfache Montage und ähnliches und ist dabei breit in elektrischen Leistungsmodulen, wie z. B. Stromrichtern oder Stromwandler zum Verbinden von Leistungselementen wie z. B. IGBTs, Gleichrichterdioden und ähnliches oder zum Erzielen von Stromübertragung angewendet worden.
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Die laminierte Stromschiene hat eine laminierte Struktur, welche durch Laminieren von Leitern oder Stromschienen und Isolatoren wechselweise in einer sandwichartigen Anordnung ausgebildet sind. Während des Laminierprozesses werden oft Blasen in die Stromschiene eingebracht oder darin erzeugt. Diese Blasen in der Stromschiene würden eine Teilentladung während der Leistungsübertragung bewirken. Es ist sehr schwierig, eine laminierte Stromschiene für ein Leistungsmodul zu entwickeln, welche alle Anforderungen erfüllt:
- a) Isolierung,
- b) hohe Temperaturstabilität,
- c) teilentladungsfrei und andere.
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Besonders die Teilentladungsanforderung ist wegen der konventionellen Geometrien der Stromschiene kaum zu erreichen.
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Obwohl Versuche gemacht worden sind, zwei Stromschienen zusammen zu laminieren ohne irgendwelche Luftblasen, eine blasenfreie Lamination erfordert hohe Kosten, einen komplizierten Herstellungsprozess und ähnliches. Des Weiteren kann die Steifigkeit der resultierenden laminierten Struktur in Temperatur-Wechsel-Umgebungen hervorrufen, in denen die Laminierungen getrennt werden, oder die Verbindungen zwischen der Stromschiene und dem Substrat unterliegen einer zu hohen Spannung und können sich leicht lösen.
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Zusammenfassung
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um zumindest eines der vorstehend genannten und andere Probleme und Mängel zu überwinden oder zu eliminieren.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine mehrschichtige Stromschienenanordnung und ein Leistungsmodul mit einer solchen bereitzustellen, damit zumindest das Erfordernis der Teilentladungsfreiheit erfüllt werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausführungsbeispiel eine mehrschichtige Stromschienenanordnung bereit, welche aufweist: eine erste Stromschiene; eine zweite Stromschiene, welche gegenüberliegend zu der ersten Stromschiene angeordnet ist; und eine Trennstruktur, welche zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene derart angeordnet ist, dass die erste Stromschiene, die Trennstruktur und die zweite Stromschiene sequentiell einander in einer Dickenrichtung der mehrschichtigen Stromschienenanordnung überlappen, wobei die Trennstruktur so ausgebildet ist, dass sie die erste Stromschiene von der zweiten Stromschiene elektrisch insoliert; die Trennstruktur weist auf: eine erste isolierende Schicht mit einer ersten Oberfläche, welche auf die erste Stromschiene weist, und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche, welche auf die zweite Stromschiene weist; und eine erste leitende Schicht, welche an zumindest einer der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche vorgesehen ist und in einem elektrischen Kontakt mit entweder der ersten Stromschiene oder der zweiten Stromschiene ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist die Trennstruktur eine erste leitende Subschicht, welche auf der ersten Oberfläche vorgesehen ist und in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene ist, und eine zweite leitende Subschicht auf, welche auf der zweiten Oberfläche vorgesehen ist und in elektrischem Kontakt mit der zweiten Stromschiene ist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die mehrschichtige Stromschienenanordnung des Weiteren auf: eine zweite isolierende Schicht, welche an einer Seite der ersten Stromschiene vorgesehen ist, welche weg von der Trennstruktur weist; und eine dritte isolierende Schicht an einer Seite der zweiten Stromschiene vorgesehen ist, welche weg von der Trennstruktur weist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die mehrschichtige Stromschienenanordnung des Weiteren auf: eine zweite leitende Schicht, welche an einer Seite der zweiten isolierenden Schicht vorgesehen ist, welche auf die erste Stromschiene weist und in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene ist; und/oder eine dritte leitende Schicht an einer Seite der dritten isolierenden Schicht vorgesehen ist, welche auf die zweite Stromschiene weist und in elektrischem Kontakt mit der zweiten Stromschiene ist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Schichten erste leitende Schicht, zweite leitende Schicht und dritte leitende Schicht aus Kupfer hergestellt.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zumindest eine der Schichten erste leitende Schicht, zweite leitende Schicht und dritte leitende Schicht beschichtet, plattiert oder auf seiner zugeordneten isolierenden Schicht abgelagert.
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In einem Ausführungsbeispiel weisen die erste Stromschiene, die zweite Stromschiene und die Trennstruktur jeweils eine im Wesentlichen plattenförmige oder lagenförmige Form auf.
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In einem Ausführungsbeispiel ist eine der Stromschienen erste Stromschiene und zweite Stromschiene eine positive Stromschiene, und die andere ist eine negative Stromschiene.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausführungsbeispiel des Weiteren ein Leistungsmodul bereit, welches die mehrschichtige Stromschienenanordnung aufweist, wie sie in einem der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben ist.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Leistungsmodul ein Stromrichter.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen Stromschienenanordnung bereit, welches aufweist:
- Anordnen einer ersten Stromschiene auf einer Oberfläche eines Substrates;
- Anordnen einer Trennschicht auf einer Oberfläche der ersten Stromschiene, welche von dem Substrat wegweist, um die erste Stromschiene abzudecken, wobei die Trennstruktur eine isolierende Schicht mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen und eine leitende Schicht aufweist, welche auf zumindest einer der zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet ist; Anordnen einer zweiten Stromschiene auf einer Oberfläche der Trennstruktur, welche weg von der ersten Stromschiene derart weist, dass die erste Stromschiene, die Trennstruktur und die zweite Stromschiene eine Sandwich-Anordnung bilden; und
- Verbinden der ersten Stromschiene, der Trennstruktur und der zweiten Stromschiene miteinander, so dass eine mehrschichtige Stromschienenanordnung gebildet ist, bei welcher die Trennstruktur elektrisch die erste Stromschiene von der zweiten Stromschiene isoliert und die leitende Schicht der Trennstruktur in elektrischem Kontakt entweder mit der ersten Stromschiene oder der zweiten Stromschiene ist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Trennstruktur auf: eine erste leitende Subschicht, welche auf einer der zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet ist, welche auf die erste Stromschiene weist und in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene ist; und eine zweite leitende Subschicht auf der anderen der zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet ist, welche auf die zweite Stromschiene weist und in elektrischem Kontakt mit der zweiten Stromschiene ist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren des Weiteren auf: Vorsehen einer zweiten leitenden Schicht an der Oberfläche der ersten Stromschiene, welche von der Trennstruktur derart wegweist, dass die zweite leitende Schicht in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene ist, und Vorsehen einer zweiten isolierenden Schicht auf der Oberfläche der zweiten leitenden Schicht, welche von der ersten Stromschiene wegweist; und/oder Vorsehen einer dritten leitenden Schicht an der Oberfläche der zweiten Stromschiene, welche von der Trennstruktur derart wegweist, dass die dritte leitende Schicht in elektrischem Kontakt mit der zweiten Stromschiene ist, und Vorsehen einer dritten isolierenden Schicht auf der Oberfläche der dritten leitenden Schicht, welche von der zweiten Stromschiene wegweist.
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In einigen Ausführungsbeispielen ist die erste Stromschiene mit einem ersten Verbindungsterminal ausgebildet, und das Anordnen der ersten Stromschiene auf der Oberfläche eines Substrats weist des Weiteren auf: Befestigen des ersten Verbindungsterminals auf dem Substrat derart, dass das erste Verbindungsterminal elektrisch verbunden ist mit einer Leiterbahn auf dem Substrat; und/oder die zweite Stromschiene mit einem zweiten Verbindungsterminal ausgebildet ist, und das Anordnen einer zweiten Stromschiene auf der Oberfläche der Trennstruktur weist des Weiteren auf: Fixieren des zweiten Verbindungsterminals auf dem Substrat derart, dass das zweite Verbindungsterminal elektrisch mit einer Leiterbahn auf dem Substrat verbunden ist.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Verbinden der ersten Stromschiene, der Trennstruktur und der zweiten Stromschiene miteinander auf: Anlegen eines Druckes und/oder einer erhöhten Temperatur an die Sandwich-Anordnung.
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Figurenliste
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Die oben genannten und weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlicher durch die detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele davon unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in welcher:
- 1A eine Querschnittsansicht ist, welche schematisch eine mehrschichtige Stromschienenanordnung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 1B ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche schematisch eine mehrschichtige Stromschienenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch eine mehrschichtige Stromschienenanordnung entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Montieren oder Herstellen einer mehrschichtigen Stromschienenanordnung gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 4A bis 4D sind strukturelle perspektivische Ansichten, welche schematisch die Schritte des Verfahrens zeigen, welches in 3 gezeigt ist.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Technische Lösungen der vorliegenden Erfindung werden weiter detailliert in Verbindung mit den beispielhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung beziehen sich dieselben oder gleiche Bezugsziffern auf dieselben oder gleichen Elemente. Die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht worden sind, soll die allgemeinen erfinderischen Konzepte der vorliegenden Erfindung illustrieren und soll nicht als bezüglich der vorliegenden Erfindung einschränkend interpretiert werden.
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Gemäß einem allgemeinen erfinderischen Konzept der vorliegenden Erfindung ist eine mehrschichtige oder geschichtete Stromschienenanordnung vorgesehen, welche eine erste Stromschiene, eine Trennstruktur und eine zweite Stromschiene aufweist, welche sequentiell so angeordnet sind, dass sie einander überlappen, eine leitende Schicht ist auf zumindest einer der zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen der Trennstruktur vorgesehen und ist in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene oder der zweiten Stromschiene derart angeordnet, dass die Trennstruktur dasselbe elektrische Potential wie die erste Stromschiene oder die zweite Stromschiene während des Betriebs haben würde, wodurch ein Teilentladungsphänomen vermieden wird, welches ansonsten in Folge von Blasen auftreten würde, welche während des Laminierprozesses zur Bildung der laminierten Stromschiene erzeugt werden. Mit einer derartigen mehrschichtigen oder geschichteten Stromschienenanordnung wird daher ein teilentladungsfreier Betrieb für die Energieübertragung ermöglicht, und es würde nicht notwendig sein, zwei Stromschienen miteinander zu laminieren ohne irgendwelche Luftblasen oder Hohlstellen, wodurch die Produktionskosten reduziert werden und der Herstellungsprozess vereinfacht wird. Eine derartige mehrschichtige oder geschichtete Stromschienenanordnung kann flexibel sein, was zu niedrigeren Spannungen an den Verbindungen führt.
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In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sind aus Gründen der Erklärung mehrere zahlreiche spezifische Details ausgeführt, um ein vollständiges Verstehen der offenbarten Ausführungsbeispiele bereitzustellen. Es wird jedoch deutlich, dass das eine oder mehrere Ausführungsbeispiele praktisch auch ohne diese spezifischen Details umgesetzt werden kann bzw. können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen schematisch gezeigt, um die Zeichnung zu vereinfachen.
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Die 1A und 1B sind eine Querschnittsansicht bzw. eine auseinandergezogene Ansicht, welche schematisch eine mehrschichtige Stromschienenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie es gezeigt ist, weist eine mehrschichtige Stromschienenanordnung 100 eine erste Stromschiene 110, eine zweite Stromschiene 120, welche gegenüberliegend zu der ersten Stromschiene 110 ist, und eine Trennstruktur 130 auf, welche zwischen der ersten Stromschiene 110 und der zweiten Stromschiene 120 zur elektrischen Isolierung der ersten Stromschiene 110 von der zweiten Stromschiene 120 angeordnet ist.
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Allgemein hat die Stromschiene ein Verbindungsterminal, einen Bügel, ein Bein oder einen Stift zum Verbinden an eine elektrische Vorrichtung, wie z. B. eine Verbindungseinrichtung, eine Leiterplatte, ein IGBT, eine Gleichrichterdiode oder ähnliches. In Ausführungsbeispielen, wie sie in den 1A und 1B gezeigt sind, ist die erste Stromschiene 110 mit einem Verbindungsterminal 111 an dessen einem Ende versehen, und die zweite Stromschiene 120 ist mit einem Verbindungsterminal 121 an dessen einem Ende versehen. Das Verbindungsterminal bzw. die Verbindungsterminals kann bzw. können geschweißt (unter Verwendung z. B. eines Ultraschallschweißverfahrens, obwohl andere Schweißverfahren ebenfalls geeignet sein können), gelötet, hartgelötet oder gesintert oder mittels anderer Verbindungsprozesse auf der Leiterplatte oder mit anderen elektrischen Vorrichtungen verbunden sein. In einigen Beispielen ist eine der Stromschienen erste Stromschiene und zweite Stromschiene eine positive Stromschiene, während die andere eine negative Stromschiene ist. Es versteht sich, dass Typen, Positionen und die Anzahl der Verbindungsterminals der ersten und der zweiten Stromschiene nicht auf diejenigen beschränkt sind, welche in den Figuren beschrieben sind und welche als erforderlich angesehen werden.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die erste Stromschiene 110, die Trennstruktur 130 und die zweite Stromschiene 120 sequentiell derart angeordnet, dass sie einander in einer Dickenrichtung der mehrschichtigen Stromschienenanordnung überlappen, wodurch eine Sandwich-Anordnung gebildet wird. Beispielhaft weisen die erste Stromschiene 110, die Trennstruktur 130 und die zweite Stromschiene 120 jeweils eine im Wesentlichen plattenartige oder lagenartige Form oder eine Form als verlängerter Streifen auf.
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Die Trennstruktur 130 weist eine erste oder eine Zwischenisolierung oder eine dielektrische Schicht 130 auf, bei welcher eine erste Oberfläche auf die erste Stromschiene 110 weisend angeordnet ist, und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche auf die zweite Stromschiene 120 weisend angeordnet ist. In einem Beispiel sind die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche Hauptoberflächen der isolierenden Schicht 131, senkrecht zur Dickenrichtung der mehrschichtigen Stromschienenanordnung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Trennstruktur des Weiteren eine erste leitende Schicht, welche auf zumindest einer der Oberflächen erste Oberfläche und zweite Oberfläche der isolierenden Schicht vorgesehen ist und in elektrischem Kontakt mit einer entsprechenden einen Stromschiene erste Stromschiene und zweite Stromschiene ist, wodurch sichergestellt wird für die Trennstruktur, dass sie dasselbe elektrische Potential wie die entsprechende Stromschiene hat, mit welcher sie in elektrischem Kontakt ist, wodurch ein Teilentladungsphänomen vermieden wird, welches ansonsten infolge der Blasen auftreten würde, welche während des Laminierprozesses zur Bildung der mehrschichtigen Stromschiene erzeugt würde, wodurch das blasenfreie Laminiererfordernis reduziert oder eliminiert wird.
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In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind sowohl die erste Oberfläche als auch die zweite Oberfläche der ersten isolierenden Schicht daran mit einer leitenden Schicht in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene bzw. der zweiten Stromschiene versehen. Wie es in den 1A und 1B gezeigt ist, weist die Trennstruktur 130 eine erste leitende Subschicht 132 auf, welche an der ersten Oberfläche der isolierenden Schicht 131 vorgesehen ist und welche in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene 110 angeordnet ist, und eine zweite leitende Subschicht 133 an der zweiten Oberfläche der isolierenden Schicht 131 vorgesehen ist und welche in elektrischem Kontakt mit der zweiten Stromschiene 120 angeordnet ist, wodurch des Weiteren das Teilentladungsphänomen vermieden wird. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Trennstruktur in Form einer Folie mit einer metallisierten Oberfläche ausgebildet sein.
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2 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch eine mehrschichtige Stromschienenanordnung 100' entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie gezeigt, weist die mehrschichtige Stromschienenanordnung 100' eine erste Stromschiene 110, eine leitende Subschicht 132, eine erste oder isolierende Zwischenschicht 131, eine zweite leitende Subschicht 133 und eine zweite Stromschiene 120 auf, welche sequentiell angeordnet sind, welche ähnlich derjenigen der mehrschichtigen Stromschienenanordnung 100' sind, welche unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben sind und deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede der mehrschichtigen Stromschienenanordnung 100' zu der mehrschichtigen Stromschienenanordnung 100 detailliert beschrieben.
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Wie in 2 gezeigt, kann die mehrschichtige Stromschienenanordnung 100' des Weiteren eine zweite Trennstruktur 140, welche auf der Seite der ersten Stromschiene 110 angeordnet ist, welche von der ersten Trennstruktur 130 wegweist und/oder eine dritte Trennstruktur 150 aufweisen, welche auf der Seite der zweiten Stromschiene 120 angeordnet ist, welche von der ersten Trennstruktur 130 wegweist. In einem Beispiel schließen die zweite Trennstruktur 140 und die dritte Trennstruktur 150 die erste Stromschiene 110 und die zweite Stromschiene 120 vom äußeren ab und isolieren diese elektrisch, wobei die Verbindungsterminals der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene für eine Verbindung freiliegen.
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In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel weist die zweite Trennstruktur 140 eine zweite isolierende oder dielektrische Schicht 141, welche auf einer Seite der ersten Stromschiene 110 angeordnet ist, welche von der Trennstruktur 130 wegweist, und eine zweite leitende Schicht 142 auf, welche auf einer Seite der zweiten isolierenden Schicht 141 vorgesehen ist, und in elektrischem Kontakt mit der ersten Stromschiene 110 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich weist die dritte Trennstruktur 150 eine dritte isolierende oder dielektrische Schicht 151, welche auf einer Seite der zweiten Stromschiene 120 vorgesehen ist, welche weg von der Trennstruktur 130 weist, und eine dritte leitende Schicht 152 auf, welche auf einer Seite der dritten isolierenden Schicht 151 vorgesehen ist und in elektrischem Kontakt mit der zweiten Stromschiene 120 angeordnet ist. Demgemäß kann dies sicherstellen, dass jede der zweiten Trennstruktur und der dritten Trennstruktur dasselbe elektrische Potential wie die entsprechende Stromschiene hat, mit welcher sie in elektrischem Kontakt während der Energieübertragung ist, wodurch das Teilentladungsphänomen vermieden wird, welches ansonsten infolge der während des Laminierens der oben genannten Schichten erzeugten Blasen auftreten würde, wodurch das Erfordernis einer blasenfreien Lamination reduziert oder eliminiert wird.
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In einigen Beispielen können die erste leitende Schicht, die zweite leitende Schicht oder die dritte leitende Schicht aus Kupfer, Messing, Nickel, Aluminium oder einer Legierung daraus oder aus anderen geeigneten leitenden Materialien hergestellt sein. Zum Beispiel können die erste leitende Schicht, die zweite leitende Schicht oder die dritte leitende Schicht beschichtet, plattiert oder auf der Oberfläche der entsprechenden isolierenden Schicht niedergeschlagen oder auf der Oberfläche der entsprechenden isolierenden Schicht durch einen leitenden Kleber oder eine leitende Paste anhaftend sein. In einem Beispiel kann die isolierende Schicht aus einem Polyimidmaterial gebildet sein, z. B. Kapton®. Zum Beispiel kann die Trennstruktur eine Dicke von etwa 5 µm oder mehr, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 30 µm bis 100 µm haben.
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Bei anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispielen kann die mehrschichtige Stromschienenanordnung mehrere andere Leiter- oder Stromschienen und isolierenden Schichten aufweisen, welche alternierend in einer Sandwich-Anordnung geschichtet sind, und zwar z. B. eine positive Gleichstromschiene, eine negative Gleichstromschiene und eine Wechselstromschiene und isolierende Schichten, welche dazwischen angeordnet sind. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine leitende Schicht zwischen einer Stromschiene und einer isolierenden Schicht und in elektrischem Kontakt mit der Stromschiene derart vorgesehen, dass die isolierende Schicht dasselbe elektrische Potential wie die entsprechende Stromschiene haben wird, mit welcher sie in elektrischem Kontakt während der Energieübertragung ist, wodurch das Teilentladungsphänomen vermieden wird, welches ansonsten infolge der beim Laminieren der Schichten erzeugten Blasen auftreten würde, wodurch das Erfordernis nach einer blasenfreien Laminierung reduziert oder eliminiert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt des Weiteren ein Leistungsmodul bereit, welches eine mehrschichtige Stromschienenanordnung, wie zuvor in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, aufweist. Zum Beispiel kann das Leistungsmodul ein Stromrichter oder ein Stromwandler sein, welcher in einer Vielzahl von Anwendungen in kleineren, Niedervolt-, Computer-, elektronischen und Telekommunikationssystemen bis zu größeren, Hochspannungstransportsystemen wie beispielsweise Zügen und Elektrofahrzeugen verwendet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren des Montierens oder Herstellens einer mehrschichtigen Stromschienenanordnung bereit. Unter Bezugnahme auf 3 weist das Verfahren hauptsächlich folgende Schritte auf:
- Schritt S11: Bereitstellen eines Substrates 101, z. B. eine Leiterplatte oder ein Direkt-Kupfer-bondiertes-(DBC)-Substrat wie es in 4A gezeigt ist;
- Schritt S12: Anordnen einer ersten Stromschiene 110 mit einem Verbindungsterminal 111 auf einer Oberfläche des Substrats 101 und Befestigen des Verbindungsterminals 111 auf dem Substrat 101, so dass sie elektrisch mit einer Leiterbahn (nicht gezeigt) auf dem Substrat verbunden ist, wie es in 4B gezeigt ist;
- Schritt S13: Anordnen einer Trennstruktur 130 auf einer Oberfläche der ersten Stromschiene 120, welche von dem Substrat wegweist, so dass die erste Stromschiene überdeckt ist, wie in 4C gezeigt; wie oben beschrieben, kann die Trennstruktur eine isolierende Schicht mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen und eine leitende Schicht aufweisen, welche auf zumindest einer der zwei sich gegenüberliegenden Seiten vorgesehen oder ausgebildet ist;
- Schritt S14: Anordnen einer zweiten Stromschiene 120 mit einem Verbindungsterminal 121 auf einer Oberfläche der Trennstruktur 130, welche weg von der ersten Stromschiene 110 weist, und Befestigen des Verbindungsterminals 121 auf dem Substrat 101, so dass sie elektrisch mit einer Leiterbahn (nicht gezeigt) auf dem Substrat verbunden ist, wodurch eine Sandwich-Anordnung gebildet wird, wie in 4D gezeigt; und
- Schritt S15: Anlegen eines Druckes und/oder einer erhöhten Temperatur an die Sandwich-Anordnung derart, dass die erste Stromschiene 110, die Trennstruktur 130 und die zweite Stromschiene 120 einander berühren oder miteinander verbunden werden, um so eine mehrschichtige Stromschienenanordnung zu bilden, bei welcher die Trennstruktur elektrisch die erste Stromschiene von der zweiten Stromschiene isoliert und die leitende Schicht der Trennstruktur in elektrischem Kontakt mit einer entsprechenden Stromschiene erste Stromschiene und zweite Stromschiene, wodurch die Trennstruktur dasselbe elektrische Potential wie die entsprechende Stromschiene haben würde, mit welcher sie in elektrischem Kontakt während der Energieübertragung ist, wodurch das Teilentladungsphänomen vermieden wird, welches ansonsten infolge der während des Laminierens der Schichten erzeugten Blasen auftreten würde, wodurch das Erfordernis einer blasenfreien Laminierung reduziert oder verhindert wird.
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Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein Kleber auf zumindest eine der Oberflächen der ersten Stromschiene, der Trennstruktur, der zweiten Stromschiene und des Substrates, welche aufeinander weisen, derart aufgebracht sein, dass sie in Position relativ zueinander gehalten werden, wenn der Druck und/oder erhöhte Temperatur angelegt wird. In einem Ausführungsbeispiel kann das Verbindungsterminal am Ort auf dem Substrat durch Löten, Sintern, Schweißen, leitenden Klebern oder ähnlichem befestigt werden. Es wird festgestellt, dass vor dem Anlegen des Druckes und/oder der erhöhten Temperatur, eine zusätzliche Stromschiene oder zusätzliche Stromschienen und/oder eine Trennstruktur oder Trennstrukturen übereinander nacheinander auf der oben genannten Sandwich-Anordnung angeordnet werden, um so eine mehrschichtige Stromschienenstruktur zu bilden.
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In einigen Ausführungsbeispielen kann das anfängliche Befestigen des Verbindungsterminals 111 auf einer Oberfläche des Substrats 101 insgesamt weggelassen werden, wenn die Stromschiene als eine separate Einheit zum Befestigen der Stromschiene zu einem späteren Zeitpunkt montiert wird. Dies kann durch Montieren der Stromschiene in einer speziell dafür gebauten Fertigungsvorrichtung zum Halten der individuellen Schichten am Ort während der Montage realisiert werden, oder durch Verkleben der individuellen Schichten mit der vorangehenden Schicht so wie sie der Stromschienenanordnung zugefügt werden. Derartiges Kleben kann durchgeführt werden durch ein komplettes Beschichten der relevanten Schicht mit Kleber, wie zuvor beschrieben, oder durch die Verwendung von einer kleinen Anzahl von strategisch angeordneten Kleberpunkten, wo eine reduzierte Menge von Kleber verwendet wird.
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Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden sind, versteht es sich für die Fachleute, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen zu diesen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne dass von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung abgewichen wird, dessen Schutzumfang in den Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert ist.
