DE102019109461A1 - Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator - Google Patents

Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator Download PDF

Info

Publication number
DE102019109461A1
DE102019109461A1 DE102019109461.5A DE102019109461A DE102019109461A1 DE 102019109461 A1 DE102019109461 A1 DE 102019109461A1 DE 102019109461 A DE102019109461 A DE 102019109461A DE 102019109461 A1 DE102019109461 A1 DE 102019109461A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
intermediate circuit
circuit capacitor
power module
arrangement
conductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102019109461.5A
Other languages
English (en)
Inventor
Bao Ngoc An
Thomas Blank
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority to DE102019109461.5A priority Critical patent/DE102019109461A1/de
Publication of DE102019109461A1 publication Critical patent/DE102019109461A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
    • H01L23/047—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body the other leads being parallel to the base
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H01L23/18—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
    • H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • H05K7/1432—Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/8384—Sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
    • H01L23/49562—Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49575—Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

An einem Leistungsmodul (3) mit mindestens einem Leistungshalbleiterschalter (5) für einen Stromrichter ist ein Zwischenkreiskondensator (2) durch eine Schraubverbindung (8, 18) angebracht. Die Schraubverbindung (8, 18) stellt zugleich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator (2) und einem Leitersubstrat (4) des Leistungsmoduls (3) her. Das Leitersubstrat (4) kann insbesondere ein Stanzgitter oder ein Leitersubstrat mit Keramikbasis sein.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Leistungsmodul mit mindestens einem Leistungshalbleiterschalter und einem Zwischenkreiskondensator für einen Stromrichter.
  • Stromrichter verfügen über ein Leistungsmodul, welches ein oder mehrere Leistungshalbleiterschalter umfasst, die die eigentlichen Schaltvorgänge durchführen, auf denen die Wirkung des Stromrichters beruht. Zum Stromrichter gehören ferner ein Gatetreibermodul zum Steuern der Leistungshalbleiterschalter, sowie ein übergeordnetes Regelsystem. Außerdem verfügt der Stromrichter über einen Zwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator; Aufgabe des Zwischenkreiskondensators ist es unter anderem, bei Umschaltvorgängen des Stromrichters als Energiespeicher zu wirken.
  • Bei typischen Anwendungen von Stromrichtern der Leistungselektronik werden Ströme im Bereich von 10 A bis 2000 A (aber etwa auch im Bereich von 30 A bis 500 A) schnell geschaltet. Aufgrund von Induktivitäten im Leistungsmodul, etwa im Kommutierungskreis des Stromrichters, werden dabei hohe Spannungen induziert, welche zusätzlich zu der Zwischenkreisspannung an den Leistungshalbleiterschaltern anliegen. Die Induktivitäten sind dabei etwa Induktivitäten von Leitern im Leistungsmodul (parasitäre Induktivitäten). In herkömmlichen Systemen werden die Zwischenkreiskondensatoren außerhalb des Leistungsmoduls, aber möglichst nah am Leistungsmodul, angeordnet und mit hochstromtragfähigen Kupferleitungen (Busbar) mit den Terminalanschlüssen des Leistungsmoduls elektrisch leitend verbunden. Die Leistungshalbleiterschalter im Leistungsmodul sind über Dickdrahtbondverbindungen mit den Terminalanschlüssen elektrisch leitend verbunden. Alle diese elektrisch leitenden Verbindungselemente verursachen unerwünschte Induktivitäten. Bei Auslegung des Stromrichtersystems sind daher Leistungshalbleiterschalter mit einer entsprechend höheren Sperrspannung zu wählen, weshalb die Leistungshalbleiterschalter nicht vollständig kosteneffizient ausgenutzt werden können. Verringert man die Spannungsüberschwingungen, indem man die Dynamik des Stromrichters begrenzt, so steigen die Schaltverluste im Leistungsmodul und entsprechend sinkt die Energieeffizienz des Stromrichters.
  • Das US-Patent US 9,241,428 B1 betrifft einen kompakten hochintegrierten Motorinverter. Die darin verwendeten Leistungshalbleiter werden auf einer Seite gekühlt und sind auf der gegenüberliegenden Seite über eine Busbarstruktur verbunden. Die Busbarstruktur ist ferner mit einem Zwischenkreiskondensator verbunden. Auch wenn dieser Aufbau einen sehr kleinen Bauraum aufweist, ergibt sich dennoch eine relativ hohe parasitäre Induktivität im Kommutierungskreis, vor allem durch die parasitären Induktivitäten im Leistungsmodul selbst, von den Anschlussklemmen und von der Busbarstruktur.
  • Das US-Patent US 9,627,972 B2 betrifft einen Gleichspannungswandler mit Leistungshalbleiterschalter, diversen Kapazitäten, Induktivitäten und einem Logikbaustein. Ein Kupferstanzgitter verbindet die einzelnen Bauelemente miteinander. Die Kapazitäten sind mit dem Stanzgitter verlötet und stellen keine Zwischenkreiskondensatoren dar. Ferner sind die Kapazitäten relativ klein, größere Kapazitäten bzw. Kondensatoren können nicht auf diese Weise in ein System integriert werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung mit einem Leistungsmodul für einen Stromrichter und einem Zwischenkreiskondensator anzugeben, bei dem die parasitären Induktivitäten gegenüber dem Stand der Technik reduziert sind.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1.
  • Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst ein Leistungsmodul für einen Stromrichter und einen Zwischenkreiskondensator für den Stromrichter. Das Leistungsmodul umfasst mindestens einen Leistungshalbleiterschalter. Der prinzipielle Aufbau des Leistungsmoduls und die Schalttopologie zur Verbindung mit einem Zwischenkreis und mit dem dazugehörigen Zwischenkreiskondensator sind dem Fachmann bekannt, ebenso die Einsatzmöglichkeiten einer solchen Anordnung.
  • Erfindungsgemäß ist der Zwischenkreiskondensator durch eine Schraubverbindung mit dem Leistungsmodul verbunden. Zum einen dient die Schraubverbindung der mechanischen Befestigung des Zwischenkreiskondensators am Leistungsmodul.
  • Zum anderen stellt die Schraubverbindung erfindungsgemäß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator und einem Leitersubstrat des Leistungsmoduls her. Auf diese Weise entfällt eine Busbarstruktur oder sonstige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator und dem Leistungsmodul; dies hat unmittelbar eine Reduktion der Induktivität gegenüber dem Stand der Technik zur Folge. Dadurch verringern sich auch die Spannungsspitzen an den Leistungshalbleiterschaltern beim Schalten, wodurch sich die Lebensdauer der Leistungshalbleiterschalter erhöht, da sie in der sogenannten Safe Operating Area (SOA) betrieben werden können. Es werden ferner Schaltverluste vermindert und somit wird die Effizienz des Stromrichters gesteigert.
  • In Ausführungsformen beträgt die Kapazität des Zwischenkreiskondensators über 100 µF.
  • In einer Ausführungsform ist das Leitersubstrat ein Stanzgitter. Mindestens eine Gewindehülse für eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator ist an dem Stanzgitter angebracht. Bevorzugt sind zwei Gewindehülsen für Befestigungsschrauben für den Zwischenkreiskondensator an dem Stanzgitter angebracht.
  • In einer anderen Ausführungsform weist das Leitersubstrat eine Keramikbasis auf.
  • Mindestens eine Gewindehülse für eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator ist auf einer Leiteroberfläche des Leitersubstrats angebracht. Bevorzugt sind zwei Gewindehülsen für Befestigungsschrauben für den Zwischenkreiskondensator auf der Leiteroberfläche des Leitersubstrats angebracht. Es kann sich bei dem Leitersubstrat etwa um ein DCB-Substrat (Direct Copper Bonding) oder um ein AMB-Substrat (Active Metal Brazing) handeln. An den Befestigungsstellen der Gewindehülsen werden Durchbohrungen für die Befestigungsschrauben in die Keramikbasis eingebracht.
  • Sowohl in der Ausführungsform mit Stanzgitter als auch in der Ausführungsform mit Keramikbasis kann die mindestens eine Gewindehülse durch Löten oder Sintern an einer Leiteroberfläche des Leitersubstrats befestigt sein.
  • Alternativ kann in einer Ausführungsform, in der das Leitersubstrat ein Stanzgitter ist, mindestens ein Gewinde für eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator in das Stanzgitter geschnitten sein.
  • In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Leistungshalbleiterschalter räumlich zwischen dem Leitersubstrat und dem Zwischenkreiskondensator angeordnet.
  • In einer Ausführungsform ist in der Anordnung ein Kühlelement für das Leistungsmodul vorgesehen. Dieses Kühlelement ist vorzugsweise durch die mindestens eine Befestigungsschraube für den Zwischenkreiskondensator mit dem Leistungsmodul verbunden. Dabei ist die mindestens eine Befestigungsschraube gegen das Kühlelement elektrisch isoliert. Das Kühlelement kann insbesondere eine Kühlwanne mit Kühlmittel und einen Kühlkörper mit Kühlrippen umfassen.
  • Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.
    • 1 zeigt ein Schaltbild, das das Auftreten von parasitären Induktivitäten darstellt.
    • 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit Leistungsmodul und Zwischenkreiskondensator.
  • Die Zeichnungen zeigen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung und sind daher nicht als Beschränkung der Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele aufzufassen.
  • 1 stellt ein Ersatzschaltbild 100 für eine herkömmliche Anordnung aus Leistungsmodul und Zwischenkreiskondensator 2 dar. Der Zwischenkreiskondensator 2 ist mit einer Gleichspannungsquelle 101 verbunden. Der Zwischenkreiskondensator 2 bildet zusammen mit den Induktivitäten 102, 103, 104 und den Leistungshalbleiterschaltern 105 und 106 den Kommutierungskreis. Die Induktivität 102 stellt die Induktivität einer Busbarstruktur dar, die Induktivität 103 die Induktivität von Terminalanschlüssen, und die Induktivität 104 die Induktivität von Dickdrahtbondverbindungen. Alle diese Induktivitäten tragen zur Induktivität des Kreises bei und führen so zum Auftreten von hohen Spannungsspitzen an den Leistungshalbleiterschaltern 105, 106 bei schnellen Schaltvorgängen. Bei typischen Stromrichtern kann die Gesamtinduktivität im Kommutierungskreis bei etwa 40 nH liegen.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit Leistungsmodul 3 und Zwischenkreiskondensator 2 im Querschnitt. Im Leistungsmodul 3 ist ein Stanzgitter 4 aus Kupfer vorgesehen, mit dem zwei Leistungshalbleiterschalter 5 jeweils über eine Sinterschicht 6 elektrisch leitend verbunden sind. Auf der der Sinterschicht 6 abgewandten Seite der Leistungshalbleiterschalter 5 sind diese jeweils über eine Dickdrahtbondverbindung 7 mit dem Stanzgitter 4 elektrisch leitend verbunden. Über Schraubverbindungen, hier aus einer Gewindehülse 8 und einer Befestigungsschraube 18, ist der Zwischenkreiskondensator 2 elektrisch leitend mit dem Stanzgitter 4 verbunden. Die Gewindehülsen 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel auf das Stanzgitter 4 gelötet. Eine elektrisch isolierende, thermisch leitende Trennschicht 9 trennt das Stanzgitter 4 von einem Kühlkörper 13, der mit Kühlrippen 14 versehen ist. Zusammen mit einer Kühlwanne 16 bildet der Kühlkörper 13 ein Kühlelement, durch welches Kühlmittel 15 strömen kann. Das Kühlelement dient zur Kühlung des Leistungsmoduls 3. Das Kühlelement ist mit den Befestigungsschrauben 18 an dem Leistungsmodul 3 befestigt, mit denen auch der Zwischenkreiskondensator 2 an dem Leistungsmodul 3 befestigt ist. Die Befestigungsschrauben 18 sind dabei gegen Kühlwanne 16 und Kühlkörper 13 elektrisch isoliert, ein Teil dieser elektrischen Isolierung 17 ist dargestellt. Eine Dichtung 19 ist vorgesehen, um die Kontaktstelle zwischen Kühlkörper 13 und Kühlwanne 16 abzudichten. Ein Gehäuse 10 umschließt das Leistungsmodul 3; ein Verkapselungsmaterial 20 innerhalb des Gehäuses 10 umschließt Elemente des Leistungsmoduls 3, hier insbesondere die Leistungshalbleiterschalter 5 und die Gewindehülsen 8. Außerdem sind noch Gleichspannungsanschlüsse 11, 12 für das Leistungsmodul 3 dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anordnung
    2
    Zwischenkreiskondensator
    3
    Leistungsmodul
    4
    Leitersubstrat, Stanzgitter
    5
    Leistungshalbleiterschalter
    6
    Sinterschicht
    7
    Dickdrahtbondverbindung
    8
    Gewindehülse
    9
    Trennschicht
    10
    Gehäuse
    11
    Gleichspannungsanschluss
    12
    Gleichspannungsanschluss
    13
    Kühlkörper
    14
    Kühlrippe
    15
    Kühlmittel
    16
    Kühlwanne
    17
    elektrische Isolierung
    18
    Befestigungsschraube
    19
    Dichtung
    20
    Verkapselungsmaterial
    100
    Ersatzschaltbild
    101
    Gleichspannungsquelle
    102
    Induktivität
    103
    Induktivität
    104
    Induktivität
    105
    Leistungshalbleiterschalter
    106
    Leistungshalbleiterschalter
  • 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
    • US 9241428 B1 [0004]
    • US 9627972 B2 [0005]

Claims (8)

  1. Anordnung (1) aus einem Leistungsmodul (3), umfassend mindestens einen Leistungshalbleiterschalter (5), für einen Stromrichter und einem Zwischenkreiskondensator (2), gekennzeichnet durch eine Schraubverbindung (8, 18), welche den Zwischenkreiskondensator (2) mechanisch an dem Leistungsmodul (3) befestigt und zugleich den Zwischenkreiskondensator (2) elektrisch mit einem Leitersubstrat (4) des Leistungsmoduls (3) verbindet.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Leitersubstrat ein Stanzgitter (4) ist und mindestens eine Gewindehülse (8) für eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) an dem Stanzgitter (4) angebracht ist.
  3. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Leitersubstrat (4) eine Keramikbasis aufweist, und mindestens eine Gewindehülse (8) für eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) auf einer Leiteroberfläche des Leitersubstrats (4) angebracht ist.
  4. Anordnung (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die mindestens eine Gewindehülse (8) durch Löten oder Sintern an dem Leitersubstrat (4) befestigt ist.
  5. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Leitersubstrat ein Stanzgitter (4) ist und mindestens ein Gewinde für eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) in das Stanzgitter (4) geschnitten ist.
  6. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Leistungshalbleiterschalter (5) räumlich zwischen dem Leitersubstrat (4) und dem Zwischenkreiskondensator (2) angeordnet ist.
  7. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei durch die mindestens eine Befestigungsschraube (18) für den Zwischenkreiskondensator (2) ferner ein Kühlelement (13, 16) mit dem Leistungsmodul (3) verbunden ist.
  8. Anordnung (1) nach Anspruch 7, wobei das Kühlelement eine Kühlwanne (16) mit Kühlmittel (15) und einen Kühlkörper (13) mit Kühlrippen (14) umfasst.
DE102019109461.5A 2019-04-10 2019-04-10 Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator Pending DE102019109461A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019109461.5A DE102019109461A1 (de) 2019-04-10 2019-04-10 Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019109461.5A DE102019109461A1 (de) 2019-04-10 2019-04-10 Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019109461A1 true DE102019109461A1 (de) 2020-10-15

Family

ID=72612986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019109461.5A Pending DE102019109461A1 (de) 2019-04-10 2019-04-10 Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019109461A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020213972A1 (de) 2020-11-06 2022-05-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer geteilten Wärmesenke

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839505C1 (en) * 1988-11-23 1990-02-22 Moestronik Gmbh, 8043 Unterfoehring, De Electrical power supply device
US20020024120A1 (en) * 2000-08-24 2002-02-28 Naoki Yoshimatsu Power module
DE10029122B4 (de) * 1999-12-27 2007-01-04 Mitsubishi Denki K.K. Wechselrichter
DE202006007475U1 (de) * 2006-05-09 2007-09-13 ICOS Gesellschaft für Industrielle Communications-Systeme mbH Schalteranordnung für Kommunikations-Datenströme, Schaltermodul für eine derartige Schalteranordnung sowie Kühlanordnung hierfür
US9576913B2 (en) * 2011-12-08 2017-02-21 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
EP3196932A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-26 ABB Technology Oy Gekühlte elektrische baugruppe
DE102017109515A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3839505C1 (en) * 1988-11-23 1990-02-22 Moestronik Gmbh, 8043 Unterfoehring, De Electrical power supply device
DE10029122B4 (de) * 1999-12-27 2007-01-04 Mitsubishi Denki K.K. Wechselrichter
US20020024120A1 (en) * 2000-08-24 2002-02-28 Naoki Yoshimatsu Power module
DE202006007475U1 (de) * 2006-05-09 2007-09-13 ICOS Gesellschaft für Industrielle Communications-Systeme mbH Schalteranordnung für Kommunikations-Datenströme, Schaltermodul für eine derartige Schalteranordnung sowie Kühlanordnung hierfür
US9576913B2 (en) * 2011-12-08 2017-02-21 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
EP3196932A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-26 ABB Technology Oy Gekühlte elektrische baugruppe
DE102017109515A1 (de) * 2017-05-04 2018-11-08 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020213972A1 (de) 2020-11-06 2022-05-12 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer geteilten Wärmesenke
DE102020213972B4 (de) 2020-11-06 2022-10-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer geteilten Wärmesenke

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007013186B4 (de) Halbleitermodul mit Halbleiterchips und Verfahren zur Herstellung desselben
EP0427143B1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102012202765B3 (de) Halbleitermodul
DE112015000245T5 (de) Halbleitermodul
DE102012213407A1 (de) Halbleiteranordnung
DE19900603A1 (de) Elektronisches Halbleitermodul
DE112018000701T5 (de) Leistungshalbleitermodul und leistungswandlervorrichtung
EP1083599B1 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102019112935B4 (de) Halbleitermodul
EP1708346A2 (de) Aktive primärseitige Schaltungsanorndung für ein schaltnetzteil
DE102005030247B4 (de) Leistungshalbleitermodul mit Verbindungselementen hoher Stromtragfähigkeit
EP1642334B1 (de) Elektronisches leistungsmodul mit gummidichtung und entsprechendes herstellungsverfahren
DE102019109461A1 (de) Leistungsmodul mit zwischenkreiskondensator
DE102020216551A1 (de) Verbindungsanordnung einer dämpferschaltung in einer halbleitervorrichtung und leistungsmodulanordnung unter verwendung derselben
DE102015115312B4 (de) Halbleitermodul und Verfahren zum Betrieb eines Halbleitermoduls
EP3440682B1 (de) Modul
DE102022109792B4 (de) Leistungshalbleitermodul
DE102019218953A1 (de) Elektronische Schaltungseinheit
DE10303103B4 (de) Halbleiterbauteil, insbesondere Leistungshalbleiterbauteil
DE102014104013A1 (de) Leistungshalbleiterbauteil
WO2017093116A1 (de) Elektronisches leistungsmodul
DE10249854B4 (de) Leistungshalbleiter-Baugruppe
DE112021003299T5 (de) Leistungshalbleitermodul und leistungsumsetzungsvorrichtung
DE10122837B4 (de) Leistungshalbleiter-Modul
DE102022205510A1 (de) Leistungsmodul, Inverter mit einem Leistungsmodul

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication