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Technisches Gebiet:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronikvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Leistungselektronikvorrichtung.
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Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
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Leistungselektronikvorrichtungen, wie z. B. Gleichspannungswandler, Wechselrichter oder Gleichrichter, sind feste Bestandteile im Bereich der elektrischen Antriebstechnik, insb. von Hybridelektro-/Elektrofahrzeugen.
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Dabei weisen die Leistungselektronikvorrichtungen funktionsbedingt hohe Stromänderungsgeschwindigkeiten auf, die hohe Spannungsspitzen zur Folge haben. Die hohen Spannungsspitzen können wiederum zu Störungen und gar zu Ausfällen bei den Leistungselektronikvorrichtungen führen.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 219 791 A1 beschreibt ein Leistungsmodul, das einen elektrischen Verbinder mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht sowie einem elektrisch isolierenden Material zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten aufweist. Dabei sind die beiden elektrisch leitenden Schichten jeweils an ein distales Ende eines ersten Leistungsanschlusses bzw. an ein distales Ende eines zweiten Leistungsanschlusses angeschlossen. Dadurch ist eine größere Überlappung der beiden leitenden Schichten erzielt.
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Die Druckschrift
JP 2002 - 136 154 A beschreibt eine Kondensator- und Inverter-Anordnung, die eine Stromsammelschienenplatte mit zwei Stromsammelschienen und einem zwischen den Stromsammelschienen angeordneten Isolator aufweist, der die beiden Stromsammelschienen voneinander elektrisch isoliert. Dabei sind die beiden Stromsammelschienen jeweils über jeweils einen Bolzen mit jeweils einem positiven und einem negativen Stromanschluss elektrisch verbunden.
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Die Druckschrift
US 2010 / 0 157 640 A1 beschreibt einen Leistungskonverter („electric power converter“), der Gleichstrom- und Wechselstromanschlüsse („DC terminals; AC terminals“) zur Herstellung von Stromverbindungen aufweist. Dabei weisen die Stromanschlüsse gebogene Formen auf, die den Geometrien bzw. Formen sonstiger Komponenten des Konverters angepasst sind. Dabei sind jeweils ein positivspannungsseitiger und ein negativspannungsseitiger DC-Stromanschluss über einen elektrischen Isolator („insulator“) miteinander körperlich verbunden und bilden zusammen jeweils ein DC-Stromanschluss-Paar.
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Damit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der trotz den hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten bei einer oben genannten Leistungselektronikvorrichtung diese vor Störungen durch hohe Spannungsspitzen effizient geschützt werden können.
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Beschreibung der Erfindung:
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Leistungselektronikvorrichtung, bspw. ein Gleichspannungswandler, ein Wechselrichter oder ein Gleichrichter, speziell für einen elektrischen Antrieb, insb. eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt.
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Die Leistungselektronikvorrichtung weist einen Schaltungsträger auf, auf dem eine leistungselektronische Schaltung ausgebildet ist.
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Die Leistungselektronikvorrichtung weist ferner mindestens zwei Leistungsstromanschlüsse auf, die sich von dem Schaltungsträger weg in einer ersten Erstreckungsrichtung erstrecken und jeweils eine quer zur ersten Erstreckungsrichtung flächig ausgedehnte Kontaktfläche zur Herstellung elektrischer Verbindung aufweisen.
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Die Leistungselektronikvorrichtung weist ferner mindestens zwei Stromanschlussschienen auf, die jeweils auf den jeweiligen Kontaktflächen der jeweiligen korrespondierenden Leistungsstromanschlüsse aufliegen und mit den jeweiligen korrespondierenden Kontaktflächen flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden sind.
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Dabei erstrecken sich die Stromanschlussschienen von den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen weg in einer zweiten Erstreckungsrichtung, die quer zu der ersten Erstreckungsrichtung liegt.
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Ferner sind die Leistungsstromanschlüsse in der ersten Erstreckungsrichtung betrachtet unterschiedlich hoch ausgebildet, wobei der Niedrigere der Leistungsstromanschlüsse in der zweiten Erstreckungsrichtung betrachtet hinter dem Höheren der Leistungsstromanschlüsse angeordnet ist.
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Die Leistungselektronikvorrichtung weist ferner mindestens eine erste, elektrisch isolierende Isolierschicht auf, die zwischen zwei (direkt) übereinander liegenden Stromanschlussschienen angeordnet ist und diese beiden Stromanschlussschienen voneinander elektrisch isoliert.
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Dabei bilden eine erste der Stromanschlussschienen, die erste Isolierschicht und ein Teilabschnitt einer zweiten der Stromanschlussschienen miteinander ein erstes, einstückig ausgebildetes Bauelement aus. Analog bildet der Rest der zweiten Stromanschlussschiene, der nicht zu dem ersten Bauelement gehört, als ein Restabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene ein zweites, einstückig ausgebildetes Bauelement aus. Dabei ist das erste Bauelement mit dem niedrigeren Leistungsstromanschluss körperlich verbunden, indem die erste Stromanschlussschiene mit der Kontaktfläche des niedrigeren Leistungsstromanschlusses flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden ist. Analog ist das zweite Bauelement mit dem höheren Leistungsstromanschluss körperlich verbunden, indem der Restabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene mit der zweiten Kontaktfläche des höheren Leistungsstromanschlusses flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden ist. Ferner sind das erste und das zweite Bauelement miteinander körperlich verbunden, indem der Teilabschnitt und der Restabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene miteinander flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden sind.
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Die flächig ausgedehnte körperliche und niederohmige Verbindung des Teilabschnitts und des Restabschnitts ist dabei durch Löten, Schweißen, Kleben, Nieten, Zusammenpressen und/oder Verschrauben hergestellt.
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Außerdem sind die Stromanschlussschienen in der ersten Erstreckungsrichtung betrachtet zueinander überlappend ausgebildet.
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Hierbei ist ein Schaltungsträger ein Träger für elektronische bzw. leistungselektronische Bauelemente, der der mechanischen Befestigung und der elektrischen Verbindung der Bauelemente dient. Bspw. ist der Schaltungsträger eine allgemein bekannte Leiterplatte oder ist aus einem Keramik-Substrat oder einem anderen hitzebeständigen Träger-Material ausgebildet.
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Die mindestens zwei Leistungsstromanschlüsse sind bspw. als Versorgungs- bzw. Betriebsstromanschlüsse der Leistungselektronikvorrichtung ausgebildet. Im Falle, dass die Leistungselektronikvorrichtung als ein Wechselrichter oder ein Gleichrichter ausgebildet ist, können die mindestens zwei Leistungsstromanschlüsse bspw. auch als Phasenstromanschlüsse ausgebildet sein.
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Durch die unterschiedliche Höhe der Leistungsstromanschlüsse in der ersten Erstreckungsrichtung können die Stromanschlussschienen, die sich in der zweiten Erstreckungsrichtung quer zur ersten Erstreckungsrichtung erstrecken, dicht übereinander und sich großflächig überlappend ausgeführt werden. Darüber hinaus können die Stromanschlussschienen an sich auch in der zweiten Erstreckungsrichtung flächig ausdehnend und somit großflächig ausgebildet werden. Die flächig ausgedehnte Ausführung bei den Stromanschlussschienen sowie den Kontaktflächen der Leistungsstromanschlüsse schafft zudem die Basis für flächig ausgedehnte und somit niederohmige und zugleich niederinduktive Verbindungen zwischen den Stromanschlussschienen einerseits und den Leistungsstromanschlüssen andererseits. Da zudem die Stromanschlussschienen und auch die Leistungsstromanschlüsse jeweils als Teil der Betriebsstromzuleitung bzw. Betriebsstromableitung verwendet werden, ist die Streuinduktivität an bzw. in den Stromanschlussschienen und den Leistungsstromanschlüssen sehr gering. Dadurch können die elektrischen Verbindungen für die Leistungselektronikvorrichtung insgesamt niederinduktiv ausgebildet werden. Die niederinduktive Ausführung der elektrischen Verbindungen trägt dazu bei, dass trotz den funktionsbedingten hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten bei der Leistungselektronikvorrichtung kaum bzw. vergleichsweise geringe Spannungsspitzen mit hohen Spannungswerten auftreten. Folglich kann auch die Gefahr durch hohe Spannungsspitzen reduziert bzw. begrenzt werden.
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Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der trotz den hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten die Leistungselektronikvorrichtung vor Störungen gar Ausfällen durch hohe Spannungsspitzen effizient geschützt werden kann.
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Dadurch, dass der niedrigere Leistungsstromanschluss in der zweiten Erstreckungsrichtung betrachtet hinter dem höheren Leistungsstromanschluss liegt, können die Stromanschlussschienen in zwei aufeinanderfolgenden einfachen Montageschritten nacheinander mit den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen körperlich verbunden werden.
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Bspw. sind die Stromanschlussschienen in der zweiten Erstreckungsrichtung betrachtet ab Höhe des niedrigeren Leistungsstromanschlusses zueinander (nahezu) vollständig überlappend ausgebildet.
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Bspw. weist der Teilabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene einen ersten, gegenüber dem Rest des Teilabschnitts abgewickelten Endbereich auf, der sich in der ersten Erstreckungsrichtung erstreckt und zur Herstellung einer körperlichen und niederohmigen Verbindung zwischen dem Teilabschnitt und dem Restabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene eingerichtet ist. Analog weist der Restabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene einen zweiten, gegenüber dem Rest des Restabschnitts abgewickelten Endbereich auf, der sich ebenfalls in der ersten Erstreckungsrichtung erstreckt und zu dem ersten Endbereich des Teilabschnitts korrespondierend ausgebildet ist. Dabei sind der erste und der zweite Endbereich miteinander über flächig ausgedehnte Kontaktflächen körperlich und niederohmig verbunden.
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Die zuvor beschriebenen, flächig ausgedehnten körperlichen und niederohmigen Verbindungen sind bspw. durch Löten, Schweißen, Kleben, Nieten, Zusammenpressen und/oder Verschrauben hergestellt.
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Bspw. weist das zweite Bauelement ferner mindestens eine zweite elektrisch isolierende Isolierschicht auf, die auf einer dem höheren Leistungsstromanschluss zugewandten Oberfläche des Restabschnitts der zweiten Stromanschlussschiene angeordnet ist und die Stromanschlussschienen voneinander elektrisch isoliert.
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Bspw. weist die zweite Isolierschicht ferner einen Abschnitt auf, der gegenüber dem Rest der zweiten Isolierschicht abgewinkelt ist und sich entgegen der ersten Erstreckungsrichtung und zwischen den Leistungsstromanschlüssen erstreckt und die Leistungsstromanschlüsse voneinander elektrisch isoliert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer zuvor beschriebenen Leistungselektronikvorrichtung bereitgestellt.
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Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
- Es wird ein Schaltungsträger bereitgestellt, auf dem eine leistungselektronische Schaltung ausgebildet ist.
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Der Schaltungsträger wird mit mindestens zwei Leistungsstromanschlüssen bestückt. Dabei werden die Leistungsstromanschlüsse derart bestückt, dass die Leistungsstromanschlüsse mit der Schaltung elektrisch verbunden werden und sich von der Ebene des Schaltungsträgers weg in einer ersten Erstreckungsrichtung erstrecken und jeweils eine quer zur ersten Erstreckungsrichtung flächig ausgedehnte Kontaktfläche zum Herstellen von flächig ausgedehnten körperlichen und niederohmigen Verbindungen aufweisen.
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Ferner werden mindestens zwei Stromanschlussschienen bereitgestellt, die flächig ausgedehnt ausgebildet sind.
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Die Stromanschlussschienen werden jeweils mit jeweils einem der Leistungsstromanschlüsse derart verbunden, dass die Stromanschlussschienen jeweils auf den jeweiligen Kontaktflächen der jeweiligen korrespondierenden Leistungsstromanschlüsse aufliegen und mit den jeweiligen korrespondierenden Kontaktflächen flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden werden, und dass sich die Stromanschlussschienen von den jeweiligen korrespondierenden Leistungsstromanschlüssen weg in einer zweiten Erstreckungsrichtung erstrecken, die quer zu der ersten Erstreckungsrichtung liegt.
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Dabei werden die Leistungsstromanschlüsse in der ersten Erstreckungsrichtung betrachtet unterschiedlich hoch ausgeführt und auf dem Schaltungsträger derart bestückt, dass der Niedrigere der Leistungsstromanschlüsse in der zweiten Erstreckungsrichtung betrachtet hinter dem Höheren der Leistungsstromanschlüsse liegt.
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Ferner werden die Stromanschlussschienen mit den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen derart verbunden, dass sie in der ersten Erstreckungsrichtung betrachtet zueinander überlappend liegen.
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Bspw. sieht der Schritt des Bereitstellens ferner vor, dass eine erste der Stromanschlussschienen, eine erste elektrisch isolierende Isolierschicht und ein Teilabschnitt einer zweiten der Stromanschlussschienen zusammen zu einem ersten, einstückigen Bauelement ausgebildet werden, und der Restabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene zu einem zweiten, einstückigen Bauelement ausgebildet wird.
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Entsprechend sieht der Schritt des Verbindens ferner vor, dass zuerst das erste Bauelement mit dem niedrigeren Leistungsstromanschluss körperlich verbunden wird, wobei die erste Stromanschlussschiene mit der Kontaktfläche des niedrigeren Leistungsstromanschlusses flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden wird. Danach wird das zweite Bauelement mit dem höheren Leistungsstromanschluss körperlich verbunden, wobei die zweite Stromanschlussschiene mit der Kontaktfläche des höheren Leistungsstromanschlusses flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden wird. Anschließend werden der Teilabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene des ersten Bauteils und der Restabschnitt der zweiten Stromanschlussschiene des zweiten Bauteils miteinander flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden, wobei der erste Endbereich des Teilabschnitts und der zweite Endbereich des Restabschnitts miteinander über flächig ausgedehnte Kontaktflächen körperlich und niederohmig verbunden werden.
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Bspw. werden die Stromanschlussschienen in der zweiten Erstreckungsrichtung betrachtet ab Höhe des niedrigeren Leistungsstromanschlusses zueinander (nahezu) vollständig überlappend angeordnet.
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Bspw. werden die flächig ausgedehnten körperlichen niederohmigen Verbindungen durch Löten, Schweißen, Kleben, Nieten, Zusammenpressen und/oder Verschrauben hergestellt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben beschriebenen Leistungselektronikvorrichtung sind, soweit im Übrigen, auf das oben genannte Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens anzusehen.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Leistungselektronikvorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
- 2A, 2B, 2C und 2D in jeweils einer weiteren schematischen Querschnittdarstellung den Abschnitt der Leistungselektronikvorrichtung aus 1 in deren vier ausgewählten Fertigungsschritten;
- 3 in einer weiteren schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Leistungselektronikvorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
- 4A, 4B, 4C und 4D in jeweils einer weiteren schematischen Querschnittdarstellung den Abschnitt der Leistungselektronikvorrichtung aus 3 in deren vier ausgewählten Fertigungsschritten.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:
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1 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Leistungselektronikvorrichtung LV1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Leistungselektronikvorrichtung LV1 ist in dieser Ausführungsform als ein Wechselrichter eines Elektroantriebs eines Elektrofahrzeugs ausgebildet, der zum Bereitstellen von Phasenströmen für eine elektrische Maschine des Elektroantriebs dient.
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Die Leistungselektronikvorrichtung LV1 weist einen Schaltungsträger ST aus einem Keramik-Substrat mit einer leistungselektronischen Schaltung, wie z. B. einer B6C-Schaltung, auf, auf dem neben anderen leistungselektronischen Bauelementen der leistungselektronischen Schaltung, wie z. B. Leistungshalbleiterschaltern, zwei Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 aufmontiert sind und in einer dem Fachmann bekannten Weise mit den restlichen Bauelementen elektrisch verbunden sind. Dabei sind die Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 bspw. als Betriebsstromanschlüsse als Teil von Betriebsstromzuleitungen bzw. Betriebsstromableitungen zum Bereitstellen von einem Betriebsstrom für die leistungselektronische Schaltung ausgebildet.
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Aufgrund der funktionsbedingten hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten bei dem Betriebsstrom entstehen in den Betriebsstromzuleitungen bzw. Betriebsstromableitungen hohe Spannungsspitzen, die zu Störungen und gar zu Ausfällen bei der Leistungselektronikvorrichtung LV1 führen können.
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Um die Gefahr von den Störungen bzw. den Ausfällen zu reduzieren, müssen die hohen Spannungsspitzen durch niederohmige und zugleich niederinduktive Verbindungen in den Betriebsstromzuleitungen bzw. Betriebsstromableitungen und insb. an den Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 reduziert bzw. begrenzt werden.
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Hierzu sind die beiden Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 sich von dem Schaltungsträger ST weg in einer ersten Erstreckungsrichtung ER1 (und insb. senkrecht zu der Oberfläche des Schaltungsträgers ST) erstreckend ausgebildet und weisen an jeweiligen Stirnseiten jeweils eine quer zur ersten Erstreckungsrichtung ER1 (und somit insb. parallel zur Oberfläche des Schaltungsträgers ST) flächig ausgedehnte Kontaktfläche KF1, KF2 auf. Diese Kontaktflächen KF1, KF2 dienen zur Herstellung von niederohmigen und zugleich niederinduktiven elektrischen Verbindungen zu den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2.
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Die beiden Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 sind am Rand des Schaltungsträgers ST angeordnet und unterschiedlich hoch ausgeführt. Von der Mitte des Schaltungsträgers ST aus in einer zweiten Erstreckungsrichtung ER2, die quer zur ersten Erstreckungsrichtung ER1 liegt und sich von der Mittel des Schaltungsträgers ST aus erstreckt, gesehen, liegt der Niedrige der beiden Leistungsstromanschlüsse AS1 hinter dem Höheren der beiden Leistungsstromanschlüsse AS2. Mit anderen Worten: Der niedrigere Leistungsstromanschluss AS1 ist näher am Rand des Schaltungsträgers ST angeordnet als der höhere Leistungsstromanschluss AS2.
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Ferner weist die Leistungselektronikvorrichtung LV1 zwei flächig ausgedehnt ausgebildeten Stromanschlussschienen SS1, SS2 auf, die zur Herstellung der niederohmigen und zugleich niederinduktiven Verbindungen zwischen der Leistungselektronikvorrichtung LV1 und einer externen Stromquelle dienen, die für die Leistungselektronikvorrichtung LV1 Betriebsstrom bereitstellt.
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Die beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2 bestehen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, oder auch aus einem anderen elektrisch gut leitenden Metall oder einer anderen elektrisch gut leitenden Metalllegierung. Zur Herstellung der niederohmigen und zugleich niederinduktiven Verbindungen sind die beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2 in zwei Bauelemente BE1, BE2 aufgeteilt.
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Dabei bilden eine erste der beiden Stromanschlussschienen SS1, eine erste, elektrisch isolierende Isolierschicht IS1 und ein Teilabschnitt TA einer zweiten der beiden Stromanschlussschienen SS2 zusammen ein erstes, einstückig ausgebildetes Bauelement BE1 aus. Dabei ist die erste Isolierschicht IS1 zwischen den ausgedehnten Flächen der ersten Stromanschlussschiene SS1 und dem Teilabschnitt TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 angeordnet und mit diesen auch flächig verbunden bspw. verklebt. Die erste Isolierschicht IS1 isoliert die beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2 voneinander elektrisch.
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Das erste Bauelement BE1 ist auf dem niedrigeren Leistungsstromanschluss SS1 angeordnet und mit diesem körperlich verbunden. Dabei weist die erste Stromanschlussschiene SS1 an deren dem niedrigeren Leistungsstromanschluss AS1 zugewandten Ende einen Endbereich EB1 auf und ist über diesen Endbereich EB1 auf der Kontaktfläche KF1 des niedrigeren Leistungsstromanschlusses AS1 aufgelegt und mit diesem über die gesamte Kontaktfläche KF1 ausgedehnt niederohmig verschweißt.
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Der Teilabschnitt TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 weist an einem dem Endbereich EB1 der ersten Stromanschlussschiene SS1 zugewandt liegenden Ende einen Endbereich EB2 auf, der gegenüber dem Rest des Teilabschnitts TA abgewickelt ist und sich von der ersten Stromanschlussschiene SS1 weg in der ersten Erstreckungsrichtung ER1 erstreckt.
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In der zweiten Erstreckungsrichtung ER2 betrachtet zwischen dem Endbereich EB1 der ersten Stromanschlussschiene SS1 und dem Endbereich EB2 des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 weist die erste Stromanschlussschiene SS1 somit einen Abschnitt auf, der lediglich (und auch nur teilweise) von der ersten Isolierschicht IS1 bedeckt ist.
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Weiter in der zweiten Erstreckungsrichtung ER2 betrachtet nach dem Endbereich EB2 des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 weist das erste Bauelement BE1 restliche Abschnitte der ersten Stromanschlussschiene SS1, der ersten Isolierschicht IS1 sowie des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2, die zueinander nahezu vollständig überlappend ausgebildet sind.
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Der Rest der zweiten Stromanschlussschiene SS2 als ein Restabschnitt RA und eine zweite, elektrisch isolierende Isolierschicht IS2 bilden zusammen ein zweites, einstückig ausgebildetes Bauelement BE2 aus. Dabei ist die zweite Isolierschicht IS2 auf einer dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 zugewandten Oberfläche OF des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 angeordnet und mit diesem durch Kleben flächig ausgedehnt verbunden.
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Das zweite Bauelement BE2 ist auf dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 angeordnet und mit diesem körperlich verbunden. Dabei weist der Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 an dessen dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 zugewandten Ende einen ersten Endbereich EB31 auf und ist über diesen Endbereich EB31 auf der Kontaktfläche KF2 des höheren Leistungsstromanschlusses AS2 aufgelegt und mit diesem über die gesamte Kontaktfläche KF2 ausgedehnt niederohmig verschweißt.
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Der Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 weist an einem von dem ersten Endbereich EB31 entgegengesetzt liegenden Ende einen zweiten Endbereich EB32 auf, der gegenüber dem Rest des Restabschnitts RA abgewickelt ist und sich von der zweiten Isolierschicht IS2 weg in der ersten Erstreckungsrichtung ER1 erstreckt. Dabei sind der Endbereich EB2 des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 und der zweite Endbereich EB32 des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 zueinander korrespondierend ausgebildet und weisen jeweils eine zueinander zugewandte Kontaktfläche auf.
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Die zweite Isolierschicht IS2 weist einen Abschnitt AB auf, der der von dem Rest der zweiten Isolierschicht IS2 abgewinkelt und somit sich von dem ersten Endbereich EB31 des Restabschnitts RA bzw. von der Oberfläche OF des Restabschnitts RA weg in einer der ersten Erstreckungsrichtung ER1 entgegengesetzten Richtung erstreckt.
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Das erste und das zweite Bauelement BE1, BE2 sind miteinander körperlich verbunden. Dabei sind der Endbereich EB2 des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 und der zweite Endbereich EB32 des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 über die jeweiligen ausgedehnten Kontaktflächen miteinander verschweißt. Dabei liegt die zweite Isolierschicht IS2 des zweiten Bauelements BE2 zwischen der ersten Stromanschlussschiene SS und dem Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 und isoliert diese voneinander elektrisch. Der abgewinkelte Abschnitt AB der zweiten Isolierschicht IS2 befindet sich zwischen den beiden Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 und isoliert diese voneinander elektrisch.
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In der zweiten Erstreckungsrichtung ER2 betrachtet überlappen sich die erste Stromanschlussschiene SS1, die Isolierschicht (aus den beiden Isolierschichten IS1, IS2) und die zweite Stromanschlussschiene SS2 (bzw. der Teilabschnitt TA und der Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2) nahezu vollständig.
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Nachdem die Leistungselektronikvorrichtung LV1 anhand von 1 detailliert beschrieben wurde, wird nachfolgend anhand von 2A, 2B, 2C und 2D deren Herstellungsverfahren näher beschrieben:
- So wie in 2A abgebildet ist, wird zunächst ein Schaltungsträger ST bereitgestellt, auf dem eine leistungselektronische Schaltung ausgebildet ist. Der Schaltungsträger ST wird mit den beiden Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 bestückt. Dabei werden die Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 mit der Schaltung elektrisch verbunden und sich in der ersten Erstreckungsrichtung ER1 von der Ebene des Schaltungsträgers ST weg erstreckend auf dem Schaltungsträger ST bestückt. Dabei werden die beiden Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 zueinander derart platziert, dass der niedrigere Leistungsstromanschluss AS1 gegenüber dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 betrachtet am äußeren Rand des Schaltungsträgers ST angeordnet ist.
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Ferner wird das erste Bauelement BE1 bereitgestellt, wobei die erste Stromanschlussschiene SS1, die erste Isolierschicht IS1 und der Teilabschnitt TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 miteinander über ihre jeweiligen ausgedehnten Flächen geklebt und somit sich überlappend körperlich verbunden sind. Dabei wird der Endbereich EB2 des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 vor dem Klebevorgang durch Abbiegen vorgeformt.
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Das erste Bauelement BE1 wird, so wie in 2B abgebildet ist, auf dem niedrigeren Leistungsstromanschluss AS1 aufgelegt und mit diesem körperlich und niederohmig verbunden. Dabei wird das erste Bauelement BE1 mit der ersten Stromanschlussschiene SS1 dem niedrigeren Leistungsstromanschluss AS1 zugewandt. Der Endbereich EB1 der ersten Stromanschlussschiene SS1 wird über die gesamte Kontaktfläche KF1 des niedrigeren Leistungsstromanschlusses AS1 mit diesem kontaktiert und verschweißt.
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Ferner wird das zweite Bauelement BE2, so wie in 2C abgebildet ist, bereitgestellt, wobei die zweite Isolierschicht IS2 und der Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 miteinander über ihre jeweiligen ausgedehnten Flächen geklebt und somit sich überlappend körperlich verbunden sind. Dabei wird der erste Endbereich EB31 des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 nicht von der zweiten Isolierschicht IS2 bedeckt. Der zweite Endbereich EB2 des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 wird von dem Klebevorgang durch Abbiegen vorgeformt. Der von dem Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 abstehende Abschnitt AB der zweiten Isolierschicht IS2 wird ebenfalls in einer dem Fachmann bekannten Weise vorgeformt.
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Das zweite Bauelement BE2 wird anschließend, so wie in 2D abgebildet ist, auf dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 aufgelegt und mit diesem körperlich und niederohmig verbunden. Dabei wird das zweite Bauelement BE2 mit der zweiten Isolierschicht IS2 dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 zugewandt. Der erste Endbereich EB31 des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2, der frei von der höheren Isolierschicht IS2 ist, wird über die gesamte Kontaktfläche KF2 des höheren Leistungsstromanschlusses AS2 mit diesem kontaktiert und verschweißt.
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Zum Schluss werden der erste und der zweite Bauelemente BE1, BE2 miteinander körperlich und niederohmig verbunden. Dabei werden der Endbereich EB2 des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 und der zweite Endbereich EB32 des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 miteinander flächig ausgedehnt kontaktiert und verschweißt.
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Durch die oben beschrieben körperlichen Verbindungen der beiden Bauelemente BE1, BE2 mit den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 sind die beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2 mit den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 derart verbunden, dass die Stromanschlussschienen SS1, SS2 jeweils auf den jeweiligen Kontaktflächen KF1, KF2 der jeweiligen korrespondierenden Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 aufliegen und mit den jeweiligen korrespondierenden Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 flächig ausgedehnt körperlich und niederohmig verbunden sind, und dass sich die Stromanschlussschienen SS1, SS2 von den jeweiligen korrespondierenden Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 weg in der zweiten Erstreckungsrichtung ER2 und somit quer zu den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 erstrecken.
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Durch die unterschiedliche Höhe der beiden Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 in der ersten Erstreckungsrichtung ER1 können die beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2, die sich in der zweiten Erstreckungsrichtung ER2 quer zur ersten Erstreckungsrichtung ER1 erstrecken, dicht übereinander (und lediglich mit den Isolierschichten IS1, IS2 dazwischen) sich großflächig überlappend ausgebildet werden. Die flächig ausgedehnte Ausführung bei den beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2, den Kontaktflächen KF1, KF2 der beiden Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 schafft die Basis für flächig ausgedehnte und somit niederohmige und zugleich niederinduktive Verbindungen. Da zudem die beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2 und auch die beiden Leistungsstromanschlüsse AS1, AS2 jeweils als Teil der Betriebsstromzuleitung bzw. der Betriebsstromableitung funktionieren, ist die Streuinduktivität an bzw. in den beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2 und den beiden Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 sehr gering. Dadurch können die elektrischen Verbindungen für die Leistungselektronikvorrichtung LV1 niederinduktiv ausgebildet werden. Die niederinduktive Ausführung der elektrischen Verbindungen trägt dazu bei, dass trotz den funktionsbedingten hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten bei der Leistungselektronikvorrichtung LV1 kaum bzw. geringe Spannungsspitzen mit hohen Spannungswerten auftreten.
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Dadurch, dass der niedrigere Leistungsstromanschluss AS1 in der zweiten Erstreckungsrichtung ER2 betrachtet hinter dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 liegt, können die beiden Bauelemente BE1, BE2 und somit die beiden Stromanschlussschienen SS1, SS2 in zwei einfachen Montageschritten nacheinander mit den jeweiligen Leistungsstromanschlüssen AS1, AS2 verschweißt bzw. körperlich verbunden werden.
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Die zuvor beschriebenen flächig ausgedehnten, körperlichen niederohmigen Verbindungen können durch Löten, Schweißen, Kleben, Nieten, Zusammenpressen und/oder Verschrauben hergestellt werden.
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3 zeigt in einer weiteren schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Leistungselektronikvorrichtung LV2 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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Die Leistungselektronikvorrichtung LV2 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Leistungselektronikvorrichtung LV1 dadurch, dass der Teilabschnitt TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2, der Teil eines ersten Bauelements BE3 (der weitgehend analog zu dem ersten Bauelement BE1 der Leistungselektronikvorrichtung LV1 der 1 ausgebildet ist) ist, keinen Endbereich EB2 auf, der gegenüber dem Rest des Teilabschnitts TA abgewickelt ist und sich von der ersten Stromanschlussschiene SS1 weg in der ersten Erstreckungsrichtung ER1 erstreckt (so wie bei der Leistungselektronikvorrichtung LV1 in 1). Anstelle des abgewickelten Endbereichs EB2 weist der Teilabschnitt TA einen Endbereich EB3 auf, der planar zu dem Rest des Teilabschnitts TA ausgebildet ist.
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Analog weist der Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2, der Teil eines zweiten Bauelements BE4 (der weitgehend analog zu dem zweiten Bauelement BE2 der Leistungselektronikvorrichtung LV1 der 1 ausgebildet ist) ist, keinen zweiten Endbereich EB32 auf, der gegenüber dem Rest des Restabschnitts RA abgewickelt ist und sich in der ersten Erstreckungsrichtung ER1 erstreckt (so wie bei der Leistungselektronikvorrichtung LV1 in 1). Anstelle des abgewickelten und sich in der ersten Erstreckungsrichtung ER1 erstreckten Endbereichs EB2 weist der Restabschnitt RA einen zweiten Endbereich EB33 auf, der derart gegenüber dem Rest des Restabschnitts RA abgewickelt ist, dass dieser zweite Endbereich EB33 und der Rest des Restabschnitts RA zueinander ähnlich einer S-Form ausbilden. D. h., der zweite Endbereich EB33 verläuft weitgehend parallel zu dem Rest des Restabschnitts RA und um eine Höhe von geringfügig mehr als der Stärke des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 von der Ebene des Rests des Restabschnitts RA angehoben. Dadurch überlappen sich der Endbereich EB3 des Teilabschnitts TA und der zweite Endbereich EB33 des Restabschnitts RA nach der Fertigmontage der Leistungselektronikvorrichtung LV2 und bilden somit eine flächig ausgedehnte körperliche und niederohmige Verbindung zwischen dem Teilabschnitt TA und dem Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 aus.
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Darüber hinaus weist der zweite Bauelement BE4 der Leistungselektronikvorrichtung LV2 keine zweite Isolierschicht IS2 auf. Die elektrische Isolation zwischen den Stromanschlussschienen SS1, SS2 erfolgt durch die erste Isolierschicht IS1, die entsprechend (bzw. in einer der zweiten Erstreckungsrichtung ER2 entgegengesetzten Richtung länger als die erste Stromanschlussschiene SS1) dimensioniert ist.
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4A, 4B, 4C und 4D zeigen in jeweils einer weiteren schematischen Querschnittdarstellung den Abschnitt der Leistungselektronikvorrichtung LV2 der 3 in deren vier ausgewählten Fertigungsschritten. Die Fertigungsschritte der Leistungselektronikvorrichtung LV2 der 3 ähneln weitgehend denjenigen Fertigungsschritten der Leistungselektronikvorrichtung LV2 der 1, die in der Beschreibung der 2A, 2B, 2C und 2D ausführlich beschrieben sind. Daher werden nachfolgend überwiegend Unterschiede in den Schritten bzw. Zwischenprodukten der Leistungselektronikvorrichtung LV2 näher beschrieben:
- So wie in 4A abgebildet ist, weist das erste Bauelement BE3 eine Isolationsschicht IS1 mit einem Endbereich EB4 auf, der dem Endbereich EB1 der ersten Stromscheine SS1 zugewandt liegt. Dieser Endbereich EB4 ist bei dem ersten Bauelement BE3 als Zwischenprodukt gegenüber dem Rest der Isolationsschicht IS1 abgewinkelt und erstreckt sich somit von der ersten Stromscheine SS1 und somit von deren Endbereich EB1 weg und in der ersten Erstreckungsrichtung ER1.
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Nachdem das erste Bauelement BE3 auf dem auf dem niedrigeren Leistungsstromanschluss AS1 aufgelegt und mit diesem körperlich und niederohmig verbunden ist (siehe 4B), wird der Endbereich EB4 der Isolationsschicht IS1 gebogen, sodass der Endbereich EB4 auf dem Endbereich EB1 der ersten Stromschiene SS1 aufliegt und der Isolationsschicht IS1 planar ist. Dabei ragt der Endbereich EB4 in der Ebene der Isolationsschicht IS1 über den Endbereich EB1 der ersten Stromschiene SS1 hinaus und bedeckt somit diesen Endbereich EB1 vollständig (siehe 4C).
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Das zweite Bauelement BE4 (ausschließlich) mit dem Restabschnitt RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2, der in dessen Querschnitt betrachtet im Wesentlichen s-förmig geformt ist, wird auf dem höheren Leistungsstromanschluss AS2 und dem ersten Bauelement BE3 aufgelegt und mit diesen körperlich und niederohmig verbunden. Dabei wird der erste Endbereich EB31 des Restabschnitts RA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 über die gesamte Kontaktfläche KF2 des höheren Leistungsstromanschlusses AS2 mit diesem kontaktiert und verschweißt. Der zweite Endbereich EB33 des Restabschnitts RA wird auf dem Endbereich EB3 des Teilabschnitts TA der zweiten Stromanschlussschiene SS2 aufgelegt und mit diesem verschweißt (siehe 4D).
