DE102019113020A1

DE102019113020A1 - Power module for a vehicle with internal cooling, module arrangement and manufacturing process

Info

Publication number: DE102019113020A1
Application number: DE102019113020.4A
Authority: DE
Inventors: Josef Krammer; Alexander Maier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (1) für ein Fahrzeug, umfassend zwei Trägereinrichtungen (2), wobei die jeweiligen Trägereinrichtungen (2) auf einer Rückseite (4) ein isoliertes Metallsubstrat (6) aufweisen und auf einer der Rückseite (4) gegenüberliegenden Vorderseite (3) elektronische Bauelemente (5) auf den jeweiligen Trägereinrichtungen (2) angeordnet sind, und eine Kühleinrichtung (33) zum Kühlen der Trägereinrichtungen (2), wobei in das Metallsubstrat (6) zumindest einer der Trägereinrichtungen (2) ausgehend von der Rückseite (4) eine Ausnehmung (7) eingebracht ist und die Trägereinrichtungen (2) derart zueinander angeordnet sind, dass die Rückseiten (4) in einem Kontaktbereich (10) aneinander anliegen, die Ausnehmung (7) in dem Kontaktbereich (10) angeordnet ist und durch die Ausnehmung (7) ein Kühlkanal (9) der Kühleinrichtung (33) gebildet ist.

The invention relates to a power module (1) for a vehicle, comprising two carrier devices (2), the respective carrier devices (2) having an insulated metal substrate (6) on a rear side (4) and on a front side (4) opposite the rear side (4). 3) electronic components (5) are arranged on the respective carrier devices (2), and a cooling device (33) for cooling the carrier devices (2), with at least one of the carrier devices (2) entering the metal substrate (6) starting from the rear side ( 4) a recess (7) is introduced and the carrier devices (2) are arranged in relation to one another in such a way that the rear sides (4) rest against one another in a contact area (10), the recess (7) is arranged in the contact area (10) and through the recess (7) a cooling channel (9) of the cooling device (33) is formed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul für ein Fahrzeug umfassend zwei Trägereinrichtungen, wobei die jeweiligen Trägereinrichtungen auf einer Rückseite ein isoliertes Metallsubstrat aufweisen und auf einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite elektronische Bauelemente auf den jeweiligen Trägereinrichtungen angeordnet sind. Des Weiteren umfasst das Leistungsmodul eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Trägereinrichtungen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Modulanordnung mit zumindest zwei Leistungsmodulen. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls für ein Fahrzeug.The present invention relates to a power module for a vehicle comprising two carrier devices, the respective carrier devices having an insulated metal substrate on a rear side and electronic components being arranged on the respective carrier devices on a front side opposite the rear side. Furthermore, the power module comprises a cooling device for cooling the carrier devices. The present invention also relates to a module arrangement with at least two power modules. Finally, the present invention relates to a method for producing a power module for a vehicle.

Das Interesse richtet sich vorliegend auf Leistungsmodule, welche in Fahrzeugen verwendet werden können. Derartige Leistungsmodule umfassen Trägereinrichtungen, auf denen elektronische Bauelement und insbesondere Halbleiterbauelemente angeordnet sind. Um mit dem Betrieb der elektronischen Bauelemente entstehende Wärme abführen zu können, weisen die Leistungsmodule eine entsprechende Kühleinrichtung auf. Ferner sind aus dem Stand der Technik Trägereinrichtungen bekannt, welche ein isoliertes Metallsubstrat aufweisen. Bei diesen Trägereinrichtungen beziehungsweise Boards ist das Substrat aus einem Metall, vorzugsweise Aluminium, gefertigt und ermöglicht eine sehr gute Abfuhr der Wärme von den elektrischen Bauelementen. Dabei sind die elektronischen Bauelemente auf einer Vorderseite beziehungsweise Bestückungsseite der Trägereinrichtung angeordnet. Auf einer der Vorderseite abgewandten Rückseite kann eine solche Trägereinrichtung an eine Wärmesenke, beispielsweise einen Kühlkörper oder einen Kühlkanal angebunden werden. Auch ein direktes Anströmen des Metallsubstrats der Trägereinrichtungen wurde bereits realisiert. Die elektronischen Bauelemente werden auf der Bestückungsseite thermisch gut an das Metallsubstrat angebunden. Zur elektrischen Isolation ist nur eine relativ dünne Isolierschicht zwischen den elektronischen Bauelementen und dem gut wärmeleitfähigen Teilsubstrat nötig.In the present case, interest is directed towards power modules that can be used in vehicles. Such power modules include carrier devices on which electronic components and in particular semiconductor components are arranged. In order to be able to dissipate the heat generated during the operation of the electronic components, the power modules have a corresponding cooling device. Furthermore, carrier devices are known from the prior art which have an insulated metal substrate. In these carrier devices or boards, the substrate is made of a metal, preferably aluminum, and enables the heat to be dissipated very well from the electrical components. The electronic components are arranged on a front or component side of the carrier device. On a rear side facing away from the front side, such a carrier device can be connected to a heat sink, for example a cooling body or a cooling channel. A direct flow onto the metal substrate of the carrier devices has also already been implemented. The electronic components are thermally well connected to the metal substrate on the component side. For electrical insulation, only a relatively thin insulating layer is required between the electronic components and the partial substrate, which is a good conductor of heat.

Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Methoden bekannt, die eine Ausbildung eines Kühlkanals zwischen zwei zu kühlenden Ebenen beschreiben. Hierzu beschreibt die US 8 391 011 B2 eine Kühleinrichtung, welche eine obere Platte und eine untere Platte aufweist. Zwischen der oberen Platte und der unteren Platte sind Einsätze vorgesehen, die Kühlflüssigkeit führen und den Kühlflüssigkeitsstrom optimieren. Eine derartige doppelseitige Kühlung ist sehr komplex. Sie weist viele Einzelteile auf und hat viele Übergangsflächen, durch die die Wärme strömen muss. Hierdurch ergibt sich ein relativ hoher thermischer Widerstand.In addition, methods are known from the prior art which describe the formation of a cooling channel between two planes to be cooled. The US 8 391 011 B2 a cooling device having an upper plate and a lower plate. Inserts are provided between the upper plate and the lower plate, which guide the cooling liquid and optimize the flow of cooling liquid. Such double-sided cooling is very complex. It has many individual parts and many transition surfaces through which the heat has to flow. This results in a relatively high thermal resistance.

Zur besseren Nutzung des vorhandenen Bauraums werden die Bauelemente beziehungsweise die Halbleiterbauelemente häufig zu vorgefertigten Modulen zusammengefasst. Beispielsweise können entsprechende Halbbrücken oder Vollbrücken für Leistungssteller zusammengefasst werden. Zentrales Merkmal ist dabei, dass die Halbleiter in einem Gehäuse angebracht sind und nach außen neben den in Reihe angeordneten elektrischen Anschlüssen eine Fläche zur Wärmeabfuhr vorhanden ist. Innerhalb des Moduls werden die Bauteile möglichst gut an die kühlenden Metallseiten angebunden, um die Wärme auf eine möglichst große Fläche zu verteilen und damit eine großflächige Kühlanbindung des Moduls zu ermöglichen, wodurch sich ein geringerer Wärmeübertragungswiderstand ergibt. Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Leistungsmodule bekannt, die beispielsweise von drei Seiten von einer Kühlflüssigkeit umspült werden, um eine möglichst gute Wärmeabfuhr zu erreichen.For better use of the available installation space, the components or the semiconductor components are often combined into prefabricated modules. For example, corresponding half bridges or full bridges for power controllers can be combined. The central feature is that the semiconductors are mounted in a housing and that there is a surface for heat dissipation to the outside next to the electrical connections arranged in series. Within the module, the components are connected as well as possible to the cooling metal sides in order to distribute the heat over the largest possible area and thus enable a large-area cooling connection of the module, which results in a lower heat transfer resistance. Furthermore, power modules are known from the prior art, for example, around which a cooling liquid flows from three sides in order to achieve the best possible heat dissipation.

Die zuvor beschriebenen Methoden benötigen viele Herstellungsschritte bis die vollständige Schaltung in ein Leistungsmodul integriert ist. In einigen Fällen reduziert sich die Möglichkeit für elektrische Anschlüsse auf eine Seite. Dies führt zu langen Verbindungswegen und damit zu langsamen Schaltungen. Künftig werden die Schaltungen aber schneller, da zunehmend schnellere Halbleiter verfügbar werden. Es besteht ein Zielkonflikt zwischen guter Kühlung und kurzen Anschlüssen, welche aber kurze Verbindungswege schwer realisierbar macht. Dies gilt insbesondere, wenn zusätzliche Bauteile vorhanden sind, die eine geringe oder keine Kühlung benötigen. Halbleitermodule mit sogenannten Dual- oder Single-Inline-Anschlussleisten und eine Kühlfläche müssen konstruktionsbedingt relativ klein ausgeführt werden, um eine schwierig herzustellende, sehr plane Kühlungsgegenseite zu vermeiden. Ferner bestehen abhängig vom eingesetzten Konzept Restriktionen bei der Anordnung der Anschlüsse, beispielsweise ist diese nur in einer Reihe bei manchen der Module möglich.The methods described above require many manufacturing steps until the complete circuit is integrated into a power module. In some cases the electrical connection option is reduced to one side. This leads to long connection paths and thus to slow circuits. In the future, however, the circuits will be faster as increasingly faster semiconductors become available. There is a trade-off between good cooling and short connections, which makes short connection paths difficult to implement. This is especially true when there are additional components that require little or no cooling. Semiconductor modules with so-called dual or single inline connection strips and a cooling surface must be designed to be relatively small due to the design in order to avoid a very flat cooling opposite side that is difficult to manufacture. Furthermore, depending on the concept used, there are restrictions in the arrangement of the connections, for example this is only possible in one row for some of the modules.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie ein Leistungsmodul für ein Fahrzeug mit einer Kühleinrichtung auf eine Weise realisiert werden kann, so dass ein effizienter Betrieb der Leistungsmodule ermöglicht werden kann.The object of the present invention is to provide a solution as to how a power module for a vehicle with a cooling device can be implemented in such a way that efficient operation of the power modules can be made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Leistungsmodul, durch eine Modulanordnung sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a power module, by a module arrangement and by a method having the features according to the independent claims. Advantageous further developments of the present invention are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Leistungsmodul für ein Fahrzeug umfasst zwei Trägereinrichtungen, wobei die jeweiligen Trägereinrichtungen auf einer Rückseite ein isoliertes Metallsubstrat aufweisen. Auf einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite sind elektronische Bauelemente auf den jeweiligen Trägereinrichtungen angeordnet. Des Weiteren umfasst das Leistungsmodul eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Trägereinrichtungen. Dabei ist in das Metallsubstrat zumindest einer der Trägereinrichtungen ausgehend von der Rückseite eine Ausnehmung eingebracht. Des Weiteren sind die Trägereinrichtungen derart zueinander angeordnet, dass die Rückseiten in einem Kontaktbereich aneinander anliegen. Ferner ist die Ausnehmung in dem Kontaktbereich angeordnet. Des Weiteren ist durch die Ausnehmung der Kühlkanal der Kühleinrichtung gebildet.A power module according to the invention for a vehicle comprises two carrier devices, the respective carrier devices on one Reverse side have an insulated metal substrate. On a front side opposite the rear side, electronic components are arranged on the respective carrier devices. Furthermore, the power module comprises a cooling device for cooling the carrier devices. A recess is made in the metal substrate in at least one of the carrier devices starting from the rear side. Furthermore, the carrier devices are arranged with respect to one another in such a way that the rear sides rest against one another in a contact area. Furthermore, the recess is arranged in the contact area. In addition, the recess forms the cooling channel of the cooling device.

Das Leistungsmodul kann bevorzugt in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Dabei umfasst das Leistungsmodul zumindest zwei Trägereinrichtungen. Die Trägereinrichtungen umfassen ein Substrat, welches aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, gefertigt sein kann. Ein derartiges isoliertes Metallsubstrat ist auch unter der Bezeichnung IMS® (Insulated Metal Substrate) bekannt. Auf der Rückseite der jeweiligen Trägereinrichtung befindet sich das isolierte Metallsubstrat. Auf der Vorderseite beziehungsweise Bestückungsseite können die elektronischen Bauelemente beziehungsweise elektronische Bauteile angeordnet werden. So können auf der Vorderseite Leiterbahnen vorgesehen sein, mit denen die elektronischen Bauelemente entsprechend verbunden werden können. Zwischen dem Metallsubstrat und den Leiterbahnen der Vorderseite kann eine elektrisch isolierende Schicht, welche die Leiterbahnen elektrisch von dem Metallsubstrat isoliert, vorgesehen sein. Bei den elektronischen Bauelementen kann es sich um Halbleiterbauelemente, insbesondere Leistungshalbleiterbauelemente, handeln. Bei den elektronischen Bauelementen kann es sich auch um Widerstände, Kondensatoren und/oder Spulen handeln. Die elektronischen Bauelemente können auch Elemente sein, welche rein elektromechanische Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Drosseln und Transformatoren. Um die Wärme, die im Betrieb der elektronischen Bauelemente entsteht, abführen zu können, weist das Leistungsmodul eine Kühleinrichtung auf.The power module can preferably be used in a vehicle. The power module comprises at least two carrier devices. The carrier devices comprise a substrate which can be made of a metal, for example aluminum or copper. Such an insulated metal substrate is also known under the name IMS® (Insulated Metal Substrate). The insulated metal substrate is located on the back of the respective carrier device. The electronic components or electronic components can be arranged on the front or component side. Thus, conductor tracks can be provided on the front side, with which the electronic components can be connected accordingly. An electrically insulating layer, which electrically isolates the conductor tracks from the metal substrate, can be provided between the metal substrate and the conductor tracks on the front side. The electronic components can be semiconductor components, in particular power semiconductor components. The electronic components can also be resistors, capacitors and / or coils. The electronic components can also be elements which have purely electromechanical properties, such as, for example, chokes and transformers. In order to be able to dissipate the heat that arises during operation of the electronic components, the power module has a cooling device.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass in das Metallsubstrat zumindest einer der Trägereinrichtungen eine Ausnehmung eingebracht ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Metallsubstrate beider Trägereinrichtungen in die Ausnehmung eingebracht sind. Dabei ist die Ausnehmung ausgehend von einer Rückseite in das Metallsubstrat der zumindest einen Trägereinrichtung eingebracht. Die Ausnehmung kann mittels eines Trennverfahrens in das Metallsubstrat eingebracht werden. Hierzu kann ein Fräsverfahren oder dergleichen genutzt werden. Des Weiteren sind die beiden Trägereinrichtungen derart miteinander verbunden, dass ihre Rückseiten zumindest bereichsweise flächig aneinander anliegen. Die jeweiligen Rückseiten der Trägereinrichtungen beziehungsweise der isolierten Metallsubstrate sind grundsätzlich eben ausgebildet. Dabei wird zumindest in eine der Trägereinrichtungen die Ausnehmung eingebracht. Im Anschluss daran können die Trägereinrichtungen an ihren Rückseiten miteinander verbunden werden. Dabei sind die jeweiligen Rückseiten in einem Kontaktbereich miteinander verbunden. Dieser Kontaktbereich kann zumindest einen Teil der jeweiligen Rückseiten der Trägereinrichtungen einschließen. Dabei ist vorgesehen, dass die Ausnehmung in dem Kontaktbereich angeordnet ist. Somit wird erreicht, dass die Ausnehmung durch die Verbindung der beiden Trägereinrichtungen abgeschlossen wird und somit einen geschlossenen Kühlkanal ausbilden kann.According to an essential aspect of the invention it is provided that a recess is made in the metal substrate at least one of the carrier devices. It can also be provided that the metal substrates of both carrier devices are introduced into the recess. In this case, the recess is made in the metal substrate of the at least one carrier device, starting from a rear side. The recess can be made in the metal substrate by means of a separation process. A milling process or the like can be used for this purpose. Furthermore, the two carrier devices are connected to one another in such a way that their rear sides lie flat against one another, at least in some areas. The respective rear sides of the carrier devices or the insulated metal substrates are basically flat. The recess is made in at least one of the carrier devices. Subsequently, the carrier devices can be connected to one another at their rear sides. The respective rear sides are connected to one another in a contact area. This contact area can enclose at least part of the respective rear sides of the carrier devices. It is provided that the recess is arranged in the contact area. It is thus achieved that the recess is closed by the connection of the two support devices and can thus form a closed cooling channel.

Durch diesen Kühlkanal kann dann ein Kühlmedium, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, geführt werden. Es wird also vorgeschlagen, die beiden Trägereinrichtungen beziehungsweise die beiden Boards mit den metallischen Substraten so zu verbinden, dass zwischen ihnen auf der nicht bestückten Rückseite ein Kühlkanal ausgebildet wird. Somit werden die Trägereinrichtungen an der einander zugewandten Rückseite mit dem Kühlmedium durchspült. An den jeweiligen Vorderseiten werden die elektronischen Bauelemente montiert. Somit kann ein Leistungsmodul mit innenliegender Kühlung und außen angeordneten Bauelementen bereitgestellt werden. Ein derartiges Leistungsmodul ist auf einfache und kostengünstige Weise zu fertigen. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass somit ein effizienter Betrieb der Bauelemente ermöglicht wird.A cooling medium, in particular a cooling liquid, can then be passed through this cooling channel. It is therefore proposed to connect the two carrier devices or the two boards to the metallic substrates in such a way that a cooling channel is formed between them on the backside that is not equipped. The carrier devices are thus flushed through with the cooling medium on the rear side facing one another. The electronic components are mounted on the respective front sides. A power module with internal cooling and external components can thus be provided. Such a power module can be manufactured in a simple and inexpensive manner. In addition, there is the advantage that efficient operation of the components is thus made possible.

Bevorzugt ist die Ausnehmung der zumindest einen Trägereinrichtung derart ausgebildet, dass sich in dem Kontaktbereich zumindest eine geschlossene Dichtlinie ergibt, wobei entlang der Dichtlinie ein Dichtelement zum Verbinden der Trägereinrichtungen und/oder zum Bereitstellen einer Dichtung zwischen den Trägereinrichtungen angeordnet ist. In dem Kontaktbereich, in welchem die Rückseiten der Trägereinrichtungen aneinander anliegen, kann die Dichtlinie ausgebildet sein, an welcher die Rückseiten bevorzugt plan aneinander anliegen können. Diese Dichtlinie beziehungsweise dieser Dichtbereich ist bevorzugt geschlossen und umlaufend ausgebildet. Innerhalb dieser Dichtlinie kann die Ausnehmung angeordnet sein. Entlang dieser Dichtlinie kann nun ein Dichtelement angeordnet werden. Dieses Dichtelement kann einerseits zum Abdichten einer Verbindung zwischen den beiden Trägereinrichtungen dienen. Somit kann gewährleistet werden, dass der Kühlkanal, welcher durch die zumindest eine Ausnehmung gebildet wird, abgedichtet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass dieses Dichtelement gleichzeitig zur Verbindung der beiden Trägereinrichtungen miteinander dient. Beispielsweise kann als Dichtelement ein entsprechender Klebstoff verwendet werden, der einerseits zur Verbindung der Trägerelemente und andererseits zur Abdichtung dient. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine separate Dichtung bereitgestellt wird und die Verbindung der Trägereinrichtungen untereinander mittels einer Klebeverbindung realisiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine entsprechende Schraubverbindung zur Verbindung der Trägereinrichtungen vorgesehen sein. Insgesamt kann somit auf zuverlässige Weise eine Abdichtung des Kühlkanals realisiert werden, wodurch ein zuverlässiger Betrieb des Leistungsmoduls ermöglicht wird.The recess of the at least one carrier device is preferably designed such that at least one closed sealing line results in the contact area, a sealing element for connecting the carrier devices and / or for providing a seal between the carrier devices being arranged along the sealing line. In the contact area in which the rear sides of the carrier devices are in contact with one another, the sealing line can be formed, at which the rear sides can preferably lay flat against one another. This sealing line or this sealing area is preferably closed and formed circumferentially. The recess can be arranged within this sealing line. A sealing element can now be arranged along this sealing line. On the one hand, this sealing element can serve to seal a connection between the two carrier devices. It can thus be ensured that the cooling channel, which is formed by the at least one recess, is sealed. It can also be provided that this sealing element is used to connect the two carrier devices at the same time serves each other. For example, a corresponding adhesive can be used as the sealing element, which is used on the one hand to connect the carrier elements and on the other hand for sealing. Provision can also be made for a separate seal to be provided and for the carrier devices to be connected to one another by means of an adhesive connection. Alternatively or additionally, a corresponding screw connection can also be provided for connecting the carrier devices. Overall, the cooling channel can thus be sealed in a reliable manner, which enables reliable operation of the power module.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung der zumindest einen Trägereinrichtung derart ausgebildet, dass in dem Metallsubstrat eine Mehrzahl von Stegen zum Führen eines Kühlmediums ausgebildet ist. Die Ausnehmung ist also derart ausgebildet, dass in dem Teilsubstrat der zumindest einen Trägereinrichtung Stege bestehen bleiben. Durch diese Stege bildet sich zumindest ein Kühlkanal aus, welcher zum Führen des Kühlmediums, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, dient. Insbesondere ist die jeweilige Oberseite der Mehrzahl von Stegen plan in einer Ebene an der Rückseite der Trägereinrichtungen ausgeführt. An dieser Ebene berühren sich die beiden Trägereinrichtungen, abgesehen von einem eventuell dazwischenliegenden Dichtelement, im zusammengebauten Zustand. An einem äußeren Rand können die Stege eine umlaufende plane Oberseite ausbilden, auf der Dichtlinie verläuft. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Stege derart ausgebildet sind, dass diese die andere Trägereinrichtung nicht berühren. Grundsätzlich können die Stege so geformt sein, dass der Fluss des Kühlmediums bei geringem Gegendruck eine möglichst optimale Kühlwirkung erzielt. Lokale Fließgeschwindigkeiten und Wirbel werden ebenso wie eine große Oberfläche der Rückseite der Trägereinrichtungen erzeugt.According to a further embodiment, the recess of the at least one carrier device is designed in such a way that a plurality of webs for guiding a cooling medium is formed in the metal substrate. The recess is thus designed such that webs remain in the partial substrate of the at least one carrier device. At least one cooling channel is formed through these webs, which is used to guide the cooling medium, in particular a cooling liquid. In particular, the respective upper side of the plurality of webs is designed to be flat in a plane on the rear side of the carrier devices. In the assembled state, the two carrier devices touch one another at this level, with the exception of a sealing element that may be in between. On an outer edge, the webs can form a circumferential, flat upper side on which the sealing line runs. It can also be provided that the webs are designed in such a way that they do not touch the other carrier device. In principle, the webs can be shaped in such a way that the flow of the cooling medium achieves the best possible cooling effect with low counter pressure. Local flow velocities and eddies are created as well as a large surface area on the back of the supports.

In einer weiteren Ausführungsform sind in zumindest in eine der Trägereinrichtungen eine Einlassöffnung als Einlass für ein Kühlmedium und eine Auslassöffnung als Auslass für das Kühlmedium eingebracht. Dabei münden die Einlassöffnung und die Auslassöffnung bevorzugt in den Kühlkanal. Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung können jeweils als Durchgangsöffnung ausgebildet sein, welche sich vollständig durch zumindest eine der Trägereinrichtungen hindurch erstrecken. Dabei können die Einlassöffnung und die Auslassöffnung beide in eine der Trägereinrichtungen eingebracht sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Einlassöffnung in eine erste der Trägereinrichtungen eingebracht ist und die Auslassöffnung in eine zweite der Trägereinrichtungen eingebracht ist. Durch die Einlassöffnung und die Auslassöffnung kann der Kühlkanal auf einfache Weise mit einem Kühlkreislauf verbunden werden. Auf diese Weise kann eine gute Kühlanbindung für eine große Anzahl an Bauelementen, insbesondere Halbleiterbauelementen, realisiert werden.In a further embodiment, an inlet opening as an inlet for a cooling medium and an outlet opening as an outlet for the cooling medium are made in at least one of the carrier devices. The inlet opening and the outlet opening preferably open into the cooling channel. The inlet opening and the outlet opening can each be designed as a through opening which extend completely through at least one of the carrier devices. The inlet opening and the outlet opening can both be introduced into one of the carrier devices. It can also be provided that the inlet opening is introduced into a first of the carrier devices and the outlet opening is introduced into a second one of the carrier devices. The cooling channel can be connected to a cooling circuit in a simple manner through the inlet opening and the outlet opening. In this way, a good cooling connection for a large number of components, in particular semiconductor components, can be implemented.

Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass das Leistungsmodul ein Flanschelement aufweist, wobei das Flanschelement einen Einlassanschluss, welche fluidisch mit der Einlassöffnung verbunden ist, und einen Auslassanschluss, welcher fluidisch mit der Auslassöffnung verbunden ist, aufweist. Dieses Flanschelement kann an einem der Trägereinrichtungen oder beiden Trägereinrichtungen befestigt werden. An der Einlassöffnung und/oder der Auslassöffnung in der zumindest einen Trägereinrichtung kann ein entsprechender Anschlussstutzen angeordnet werden. Über diesen Anschlussstutzen kann dann eine fluidische Verbindung zu dem Einlassanschluss beziehungsweise dem Auslassanschluss des Flanschelements hergestellt werden. Der Einlassanschluss und der Auslassanschluss des Flanschelements können dann wiederum mit einem Kühlkreislauf verbunden werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Flanschelement Teil eines Gehäuses ist, an welchem das Leistungsmodul angeordnet werden kann. Insgesamt kann durch das Flanschelement eine einfache Anbindung an einen Kühlkreislauf bereitgestellt werden.In particular, it is provided that the power module has a flange element, the flange element having an inlet connection which is fluidically connected to the inlet opening and an outlet connection which is fluidically connected to the outlet opening. This flange element can be attached to one of the carrier devices or to both carrier devices. A corresponding connecting piece can be arranged at the inlet opening and / or the outlet opening in the at least one carrier device. A fluidic connection to the inlet connection or the outlet connection of the flange element can then be established via this connection piece. The inlet connection and the outlet connection of the flange element can then in turn be connected to a cooling circuit. It can also be provided that the flange element is part of a housing on which the power module can be arranged. Overall, a simple connection to a cooling circuit can be provided by the flange element.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Leistungsmodul eine Durchgangsöffnung auf, welche sich durch die Trägereinrichtungen hindurch erstreckt. Grundsätzlich können die Trägereinrichtungen beziehungsweise Boards beliebige ebene Konturen aufweisen. Insbesondere sind auch entsprechende Durchbrüche beziehungsweise Durchgangsöffnungen (through-holes) möglich. Das Leistungsmodul kann also auch mehre Durchgangsöffnungen aufweisen. Eine solche Durchgangsöffnung erstreckt sich dabei durch beide Trägereinrichtungen. Im Bereich der Durchgangsöffnungen kann eine weitere Dichtlinie vorgesehen sein, welche die Durchgangsöffnung umgibt. Somit kann eine Abdichtung zu der Durchgangsöffnung hin realisiert werden. Durch diese Durchgangsöffnung können beispielsweise elektrisch Verbindungsleitungen, wie Kabel oder Leitungen, belegt werden. Dies ermöglicht eine bauraumsparende Anordnung sowie eine geringe Länge der elektrischen Verbindungsleitungen. Somit können die Anforderungen einer hohen elektrischen Anschluss-Dichte mit kurzen Verbindungslängen zwischen den Trägereinrichtungen erfüllt werden.In a further embodiment, the power module has a through opening which extends through the carrier devices. In principle, the carrier devices or boards can have any planar contours. In particular, corresponding openings or through-holes are also possible. The power module can therefore also have several through openings. Such a through opening extends through both carrier devices. In the area of the through openings, a further sealing line can be provided which surrounds the through opening. A seal towards the through opening can thus be realized. Through this passage opening, for example, electrical connecting lines, such as cables or lines, can be occupied. This enables a space-saving arrangement and a short length of the electrical connecting lines. The requirements of a high electrical connection density with short connection lengths between the carrier devices can thus be met.

Wie bereits erläutert, können die elektronischen Bauelemente als Halbleiterbauelemente, wie Dioden und/oder Transistoren ausgebildet sein. Ferner kann zumindest eines der elektronischen Bauelemente als integrierte Schaltung ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektronischen Bauelemente als Widerstände, Kondensatoren, Spulen und/oder Transformatoren ausgebildet sind. Es kann ferner vorgesehen sein, dass auf den Vorderseiten beziehungsweise Bestückungsseiten der jeweiligen Trägereinrichtungen unterschiedliche Bauelemente angeordnet sind. Die elektronischen Bauelemente können also gruppiert werden. Beispielsweise können auf der Vorderseite der einen Trägereinrichtung als die elektronischen Bauelemente Halbleiterbauelemente, Kondensatoren und/oder Widerstände angeordnet sein und auf der Vorderseite der anderen Trägereinrichtung können als die elektronischen Bauelemente Spulen beziehungsweise Induktivitäten angeordnet sein. Dabei kann zumindest eine Verbindungsleitung verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen den Bauelementen der beiden Trägereinrichtungen bereitzustellen. Diese zumindest eine Verbindungsleitung kann durch die Durchgangsöffnung(en) geführt werden. Die jeweiligen Spulen können ferner in einem Topf, beispielsweise einen Aluminiumtopf, ohne Isolation angeordnet sein. In diesem Topf können die Spulen dann auch vergossen sein. Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass der Topf durch Tiefziehen des Metallsubstrats hergestellt wird.As already explained, the electronic components can be designed as semiconductor components such as diodes and / or transistors. Furthermore, at least one of the electronic components can be designed as an integrated circuit. It can also be provided that the electronic components are used as resistors, capacitors, Coils and / or transformers are formed. It can furthermore be provided that different components are arranged on the front sides or components sides of the respective carrier devices. The electronic components can therefore be grouped. For example, semiconductor components, capacitors and / or resistors can be arranged as the electronic components on the front side of the one carrier device, and coils or inductances can be arranged as the electronic components on the front side of the other carrier device. At least one connecting line can be used in order to provide an electrical connection between the components of the two carrier devices. This at least one connecting line can be guided through the through opening (s). The respective coils can also be arranged in a pot, for example an aluminum pot, without insulation. The coils can then also be encapsulated in this pot. Furthermore, it can be provided that the pot is produced by deep-drawing the metal substrate.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn auf der Vorderseite zumindest einer der Trägereinrichtungen ein elektrisches Kontaktelement zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung angeordnet ist. Es ist erforderlich, entsprechende elektrische Verbindungen ausgehend von den jeweiligen Trägereinrichtungen bereitzustellen. Einerseits können elektrische Verbindungen zwischen den beiden Trägereinrichtungen zueinander bereitgestellt werden. Zudem können elektrische Verbindungen zu weiteren Leistungsmodulen und elektrische Verbindungen nach außen, beispielsweise zu entsprechenden Steckern oder Anschlüssen an einem Gehäuse bereitgestellt werden. Somit können die jeweiligen Bauelemente der Trägereinrichtungen beziehungsweise Leistungsmodule elektrisch verbunden werden. Die jeweiligen elektrischen Kontaktelemente können grundsätzlich beliebig auf der Vorderseite der Trägereinrichtungen positioniert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektrischen Kontaktelemente an einem Seitenbereich des Leistungsmoduls angeordnet werden. Hierbei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrischen Kontaktelemente als Stiftleisten ausgebildet sind.It is also advantageous if an electrical contact element for providing an electrical connection is arranged on the front side of at least one of the carrier devices. It is necessary to provide appropriate electrical connections starting from the respective carrier devices. On the one hand, electrical connections between the two carrier devices can be provided to one another. In addition, electrical connections to further power modules and electrical connections to the outside, for example to corresponding plugs or connections on a housing, can be provided. The respective components of the carrier devices or power modules can thus be electrically connected. The respective electrical contact elements can in principle be positioned as desired on the front side of the carrier devices. It can also be provided that the electrical contact elements are arranged on a side area of the power module. It can be provided in particular that the electrical contact elements are designed as pin strips.

Eine erfindungsgemäße Modulanordnung umfasst zumindest zwei erfindungsgemäße Leistungsmodule. Dabei sind die zumindest zwei Leistungsmodule elektrisch miteinander verbunden. Grundsätzlich kann die Modulanordnung mehrere Leistungsmodule aufweisen. Hierdurch kann eine modulare Bauweise realisiert werden, bei welcher identische Baugruppen mehrfach genutzt beziehungsweise eingesetzt werden können. Wie bereits erläutert, können die jeweiligen Leistungsmodule beziehungsweise die Trägereinrichtungen elektrische Kontaktelemente aufweisen, welche von elektrischen Verbindungsleitungen kontaktiert werden können. Somit kann die elektrische Verbindung zwischen zumindest zwei Leistungsmodulen bereitgestellt werden. Ferner können die Leistungsmodule in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden. Wie bereits erläutert, können die jeweiligen Leistungsmodule ein Flanschelement aufweisen, durch welches die fluidische Anwendung in einem Kühlkreislauf möglich wird. Dieses Flanschelement kann Teil des Gehäuses der Modulanordnung sein.A module arrangement according to the invention comprises at least two power modules according to the invention. The at least two power modules are electrically connected to one another. In principle, the module arrangement can have several power modules. In this way, a modular design can be implemented in which identical assemblies can be used or deployed multiple times. As already explained, the respective power modules or the carrier devices can have electrical contact elements which can be contacted by electrical connecting lines. The electrical connection between at least two power modules can thus be provided. Furthermore, the power modules can be arranged in a common housing. As already explained, the respective power modules can have a flange element, by means of which the fluidic application in a cooling circuit becomes possible. This flange element can be part of the housing of the module arrangement.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Modulanordnung eine fluidische Verbindungseinrichtung, welche Kanäle zum Führen eines Kühlmediums aufweist, wobei die Kanäle fluidisch mit den Kühlkanälen der jeweiligen Leistungsmodule verbunden sind. Beispielsweise kann die fluidische Verbindungseinrichtung im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sein. Die Verbindungseinrichtung kann die entsprechenden Kanäle aufweisen, durch welche das Kühlmedium beziehungsweise die Kühlflüssigkeit geführt werden kann. Die jeweiligen Kanäle können in entsprechende Öffnungen münden, welche wiederum mit den Einlassöffnungen und/oder Auslassöffnungen der jeweiligen Leistungsmodule fluidisch verbunden sein können. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die fluidische Verbindungseinrichtung senkrecht zu den jeweiligen Leistungsmodulen angeordnet ist. Beispielsweise können die jeweiligen Leistungsmodule entlang einer Hochrichtung der Modulanordnung angeordnet werden. Damit kann quasi eine dreidimensionale Kühlung realisiert werden. Hierbei kann die Kühlung in mehreren Ebenen ablaufen. Daher ergibt sich durch die beschriebene Anordnung der Vorteil, dass eventuell vorhandene Luftblasen nach oben über die Anschlüsse entweichen können. According to a further embodiment, the module arrangement comprises a fluidic connection device which has channels for guiding a cooling medium, the channels being fluidically connected to the cooling channels of the respective power modules. For example, the fluidic connection device can be designed essentially in the form of a plate. The connecting device can have the corresponding channels through which the cooling medium or the cooling liquid can be guided. The respective channels can open into corresponding openings, which in turn can be fluidically connected to the inlet openings and / or outlet openings of the respective power modules. In particular, it is provided here that the fluidic connection device is arranged perpendicular to the respective power modules. For example, the respective power modules can be arranged along a vertical direction of the module arrangement. In this way, three-dimensional cooling can be implemented. The cooling can take place in several levels. The described arrangement therefore has the advantage that any air bubbles that may be present can escape upwards via the connections.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Modulanordnung. Die Modulanordnung kann Teil einer Fahrzeugelektronik sein. Beispielsweise kann die Modulanordnung Teil eines elektrischen Antriebs des Fahrzeugs sein. Das Fahrzeug kann als zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug ausgebildet sein.A vehicle according to the invention comprises a module arrangement according to the invention. The module arrangement can be part of vehicle electronics. For example, the module arrangement can be part of an electric drive of the vehicle. The vehicle can be designed as an at least partially electrically powered vehicle.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Herstellen eines Leistungsmoduls für ein Fahrzeug. Dabei werden zwei Trägereinrichtungen bereitgestellt, wobei die jeweiligen Trägereinrichtungen auf einer Rückseite ein isoliertes Metallsubstrat aufweisen. Auf einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite werden elektronische Bauelemente auf den jeweiligen Trägereinrichtungen angeordnet. Ferner wird eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Trägereinrichtungen bereitgestellt. Hierbei ist vorgesehen, dass in das Metallsubstrat zumindest einer der Trägereinrichtungen ausgehend von der Rückseite eine Ausnehmung eingebracht wird. Ferner werden die Trägereinrichtungen derart zueinander angeordnet, dass die Rückseiten in einem Kontaktbereich aneinander anliegen und die Ausnehmung in dem Kontaktbereich angeordnet ist. Ferner wird durch die Ausnehmung ein Kühlkanal der Kühleinrichtung gebildet.A method according to the invention is used to produce a power module for a vehicle. Two carrier devices are provided, the respective carrier devices having an insulated metal substrate on a rear side. On a front side opposite the rear side, electronic components are arranged on the respective carrier devices. Furthermore, a cooling device is provided for cooling the carrier devices. It is provided here that at least one of the carrier devices is inserted into the metal substrate, starting from the rear a recess is introduced. Furthermore, the carrier devices are arranged with respect to one another in such a way that the rear sides rest against one another in a contact area and the recess is arranged in the contact area. Furthermore, a cooling channel of the cooling device is formed by the recess.

Insgesamt wird somit ein Konzept vorgestellt, welches mit einfachen Mitteln Leistungsmodule bereitstellt. Im Vergleich zu bekannten Leistungsmodulen ist als einziger Zusatzschritt die Ausbildung der Ausnehmung auf der Rückseite zumindest eines Trägerelements erforderlich. Die sonstigen Mittel, wie beispielsweise die Dichtung beziehungsweise das Dichtelement, sind auch bei der Herstellung von Leistungsmodulen mit bekannten Metallsubstraten notwendig. Die Bestückung der Trägereinrichtungen oder isolierten Metallsubstrate kann mit Standard-Bestückern erfolgen. Für den Lötvorgang zum Löten der Bauelemente kann beispielsweise ein Standard-Reflow-Verfahren verwendet werden. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass vorgefertigte Module erzeugt und verwendet werden können. Beispielsweise können gleiche Schaltungsstrukturen in mehreren Komponenten eingesetzt werden.Overall, a concept is presented which provides power modules with simple means. Compared to known power modules, the only additional step required is the formation of the recess on the rear side of at least one carrier element. The other means, such as the seal or the sealing element, are also necessary in the manufacture of power modules with known metal substrates. The assembly of the carrier devices or isolated metal substrates can be done with standard assemblers. For example, a standard reflow method can be used for the soldering process for soldering the components. There is also the advantage that prefabricated modules can be generated and used. For example, the same circuit structures can be used in several components.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Leistungsmodul vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Modulanordnung, für das erfindungsgemäße Fahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.The preferred embodiments presented with reference to the power module according to the invention and their advantages apply accordingly to the module arrangement according to the invention, to the vehicle according to the invention and to the method according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in einer schematischen Perspektivansicht ein Leistungsmodul, welches zwei Trägerelemente umfasst, die miteinander verbunden sind;
2 in einer schematischen Perspektivansicht eines der Trägerelemente, wobei ausgehend von einer Rückseite eine Ausnehmung in ein Metallsubstrat eingebracht ist;
3 eine schematische Perspektivansicht des Leistungsmoduls, welches zudem ein Flanschelement aufweist;
4 eine geschnittene Seitenansicht des Leistungsmoduls gemäß 3;
5 ein Leistungsmodul gemäß einer weiteren Ausführungsform, welches elektrische Kontaktelemente aufweist;
6 eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Leistungsmoduls, welches eine Durchgangsöffnung aufweist;
7 eine geschnittene Seitenansicht eines Leistungsmoduls mit einer Durchgangsöffnung; und
8 eine schematische Darstellung eine Modulanordnung mit einer Mehrzahl von Leistungsmodulen sowie einer fluidischen Verbindungseinrichtung.

The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic perspective view of a power module which comprises two support elements which are connected to one another;
2 in a schematic perspective view of one of the carrier elements, a recess being made in a metal substrate starting from a rear side;
3 a schematic perspective view of the power module, which also has a flange element;
4th a sectional side view of the power module according to 3 ;
5 a power module according to a further embodiment, which has electrical contact elements;
6th a schematic representation of a region of a power module which has a through opening;
7th a sectional side view of a power module with a through opening; and
8th a schematic representation of a module arrangement with a plurality of power modules and a fluidic connection device.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Leistungsmodul 1 in einer Perspektivansicht. Dieses Leistungsmodul 1 kann Teil einer Elektronik eines Fahrzeugs sein. Das Leistungsmodul 1 umfasst zwei Trägereinrichtungen 2, welche miteinander verbunden sind. Die jeweiligen Trägereinrichtungen 2 weisen eine Vorderseite 3, welche auch als Bestückungsseite bezeichnet werden kann, auf. Auf diese Vorderseite 3 ist eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen 5 angeordnet. Bei den elektronischen Bauelementen 5 kann es sich insbesondere um mit Halbleiterbauelemente handeln. Die elektronischen Bauelementen 5 können auch als Widerstände, Kondensatoren, Spulen oder dergleichen ausgebildet sein. Die Bauelemente 5 sind insbesondere in SMD-Bauweise ausgebildet. Auf einer der Vorderseite 3 gegenüberliegenden Rückseite 4 weisen die jeweiligen Trägereinrichtungen 2 ein Metallsubstrat 6 auf. Dieses Metallsubstrat 6 kann beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer gefertigt sein. Zwischen dem Metallsubstrat 6 und den Bauelementen 5 beziehungsweise entsprechenden Leiterbahnen auf der Vorderseite 3 ist eine hier nicht näher dargestellte elektrische Isolationsschicht vorgesehen. Vorliegend sind die beiden Trägereinrichtungen 2 derart zueinander angeordnet, dass diese an ihren Rückseiten 4 miteinander verbunden sind. 1 shows a schematic representation of a power module 1 in a perspective view. This power module 1 can be part of the electronics of a vehicle. The power module 1 comprises two support facilities 2 which are connected to each other. The respective carrier institutions 2 have a front 3 , which can also be referred to as the component side. On this front 3 is a plurality of electronic components 5 arranged. With the electronic components 5 it can in particular involve semiconductor components. The electronic components 5 can also be designed as resistors, capacitors, coils or the like. The components 5 are designed in particular in SMD design. On one of the front 3 opposite back 4th assign the respective carrier facilities 2 a metal substrate 6th on. This metal substrate 6th can for example be made of aluminum or copper. Between the metal substrate 6th and the components 5 or corresponding conductor tracks on the front 3 an electrical insulation layer not shown here is provided. Here are the two carrier devices 2 so arranged to each other that these on their backs 4th are connected to each other.

2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer der Trägereinrichtungen 2 ausgehend von der Rückseite 4. Hierbei ist zu erkennen, dass in das Metallsubstrat 6 ausgehend von der Rückseite 4 eine Ausnehmung 7 eingebracht ist. Diese Ausnehmung 7 ist derart in das Metallsubstrat 6 eingebracht, dass eine Mehrzahl von Stegen 8 bestehen bleibt. Durch die Ausnehmung 7 beziehungsweise die Stege 8 wird ein Kühlkanal 9 ausgebildet. Dieser Kühlkanal 9 dient zum Führen eines Kühlmediums, insbesondere einer Kühlflüssigkeit. Der Kühlkanal 9 ist Teil einer Kühleinrichtung 33 zum Kühlen der Trägereinrichtungen 2 beziehungsweise der Bauelemente 5. Die Ausnehmung 7 kann in das Metallsubstrat 6 von zumindest einer der Trägereinrichtungen 2 eingebracht werden. 2 shows a schematic perspective view of one of the carrier devices 2 starting from the back 4th . It can be seen here that in the metal substrate 6th starting from the back 4th a recess 7th is introduced. This recess 7th is so in the metal substrate 6th introduced that a plurality of webs 8th persists. Through the recess 7th or the bars 8th becomes a cooling duct 9 educated. This cooling duct 9 is used to guide a cooling medium, in particular one Coolant. The cooling duct 9 is part of a cooling system 33 for cooling the carrier devices 2 or the components 5 . The recess 7th can into the metal substrate 6th from at least one of the carrier devices 2 be introduced.

Vorliegend sind die Rückseiten 4 der beiden Trägereinrichtungen 2 in einem Kontaktbereich 10 miteinander verbunden. Dieser Kontaktbereich 10 erstreckt sich vorliegend über die jeweiligen Rückseiten 4 der Trägereinrichtungen 2. Dabei ist vorgesehen, dass die Ausnehmung 7 innerhalb des Kontaktbereichs 10 angeordnet ist. Durch die Verbindung der beiden Trägereinrichtungen miteinander wird dann der Kühlkanal 9 ausgebildet, durch welchen das Kühlmedium gefördert werden kann. Wie aus 2 zu entnehmen ist, ist die Ausnehmung 7 derart in das Metallsubstrat 6 eingebracht, dass ein Bereich mit einer umlaufenden Dichtlinie 11 bestehen bleibt. Entlang dieser Dichtlinie 11 kann ein Dichtelement beziehungsweise eine Dichtung zum Abdichten des Kühlkanals 9 angeordnet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass dieses Dichtelement gleichzeitig zur Verbindung der beiden Trägereinrichtungen 2 miteinander dient. Für die Verbindung der Trägereinrichtungen 2 miteinander kann grundsätzlich eine Klebeverbindung oder auch eine Schraubverbindung zusammen mit einer umlaufenden Dichtung vorgesehen sein.Here are the backs 4th of the two carrier facilities 2 in a contact area 10 connected with each other. This contact area 10 extends over the respective rear sides 4th of the supporting institutions 2 . It is provided that the recess 7th within the contact area 10 is arranged. The cooling channel is then created by connecting the two carrier devices to one another 9 formed through which the cooling medium can be conveyed. How out 2 can be seen, is the recess 7th so into the metal substrate 6th introduced that an area with a circumferential sealing line 11 persists. Along this sealing line 11 can be a sealing element or a seal for sealing the cooling channel 9 to be ordered. It can also be provided that this sealing element is used to connect the two carrier devices at the same time 2 serves each other. For connecting the carrier facilities 2 an adhesive connection or a screw connection together with a circumferential seal can in principle be provided with one another.

Wie 1 zu entnehmen ist, ist in die obere Trägereinrichtung 2 zudem eine Einlassöffnung 12 eingebracht. Diese Einlassöffnung 12 erstreckt sich durch die Trägereinrichtung 2 hindurch und mündet in den Kühlkanal 9. Die Einlassöffnung 12 dient als Einlass für das Kühlmedium beziehungsweise die Kühlflüssigkeit. Analog zu der Einlassöffnung 12 ist eine Auslassöffnung 13 vorgesehen, an welcher vorliegend ein Anschlussstutzen 14 angeordnet ist. Auch diese Auslassöffnung 13 mündet in den Kühlkanal 9.As 1 can be seen is in the upper support device 2 also an inlet opening 12 brought in. This inlet opening 12 extends through the carrier device 2 through and opens into the cooling channel 9 . The inlet opening 12 serves as an inlet for the cooling medium or the cooling liquid. Analogous to the inlet opening 12 is an outlet port 13 provided on which a connection piece is present 14th is arranged. This outlet opening too 13 opens into the cooling channel 9 .

3 zeigt ein Leistungsmodul 1 mit einer weiteren Ausführungsform in einer Perspektivansicht. Dieses Leistungsmodul 1 weist im Vergleich zu dem Leistungsmodul 1 gemäß 1 zusätzlich ein Flanschelement 15 auf. Dieses Flanschelement 15 ist vorliegend auf der oberen Trägereinrichtung 2 angeordnet. Das Flanschelement 15 weist einen Einlassanschluss 16 auf, welcher fluidisch mit der Einlassöffnung 12 der Trägereinrichtung 2 verbunden ist, auf. Darüber hinaus weist das Flanschelement 15 einen Auslassanschluss 17 auf, welcher fluidisch mit der Auslassöffnung 13 der Trägereinrichtung 2 verbunden ist. Außerdem umfasst das Flanschelement 15 eine Mehrzahl von Bohrungen 18 für Schraubverbindungen sowie Montage des Leistungsmoduls 1 innerhalb der Gesamtelektronik des Fahrzeugs. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Flanschelement 15 Teil eines Gehäuses ist und im Gussprozess des Gehäuses gefertigt werden kann. In diesem Fall entfällt die Notwendigkeit einer Anbindung des Flanschelements 15 an das Gehäuse. 3 shows a power module 1 with a further embodiment in a perspective view. This power module 1 points compared to the power module 1 according to 1 additionally a flange element 15th on. This flange element 15th is present on the upper support device 2 arranged. The flange element 15th has an inlet port 16 on, which is fluidically connected to the inlet opening 12 the carrier device 2 connected to. In addition, the flange element 15th an outlet port 17th on, which is fluidically connected to the outlet opening 13 the carrier device 2 connected is. In addition, the flange element comprises 15th a plurality of holes 18th for screw connections and assembly of the power module 1 within the overall electronics of the vehicle. It can also be provided that the flange element 15th Is part of a housing and can be manufactured in the casting process of the housing. In this case, there is no need to connect the flange element 15th to the housing.

4 zeigt das Leistungsmodul 1 gemäß 3 in einer geschnittenen Seitenansicht. Hierbei sind die Schnitte durch den Kühlkanal 9 zu erkennen. Dabei beschreibt die gestrichelte Linie 19 den Rand beziehungsweise die Begrenzung des Kühlkanals 9. Ferner ist zu erkennen, dass das Flanschelement 15 eine fluidisch Verbindung zwischen dem Einlassanschluss 16, dem Kühlkanal 9 und dem Auslassanschluss 17 herstellt. In einem Verbindungsbereich 20 zwischen der oberen Trägereinrichtung 2 und dem Flanschelement 15 kann ebenfalls eine entsprechende Dichtung vorgesehen sein. 4th shows the power module 1 according to 3 in a sectioned side view. Here are the cuts through the cooling channel 9 to recognize. The dashed line describes 19th the edge or the limitation of the cooling channel 9 . It can also be seen that the flange element 15th a fluidic connection between the inlet port 16 , the cooling duct 9 and the outlet port 17th manufactures. In a connection area 20th between the upper support means 2 and the flange element 15th a corresponding seal can also be provided.

5 zeigt in einer Perspektivansicht das Leistungsmodul 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dieses Leistungsmodul 1 unterscheidet sich von dem Leistungsmodul 1 gemäß 1 dadurch, dass auf den Vorderseiten 3 der Trägereinrichtungen 2 zusätzlich elektrische Kontaktelemente 21 angeordnet sind. Die vorliegende Darstellung verdeutlicht, dass diese elektrischen Kontaktelemente 21 beliebig an der Oberseite 3 der Trägereinrichtungen 2 angeordnet werden können. Die elektrischen Kontaktelemente 21 sind vorliegend als Stiftleisten ausgebildet und können beispielsweise auf die Trägereinrichtungen 2 gelötet werden. Dabei können die Kontakte der elektrischen Kontaktelemente 21 senkrecht zu der Vorderseite 3 oder parallel zu der Vorderseite 3 ausgerichtet werden. Die elektrischen Kontaktelemente 21 dienen zur elektrischen Verbindung des Leistungsmoduls 1 mit den weiteren Leistungsmodulen 1 oder anderen Anschlüssen. 5 shows the power module in a perspective view 1 according to a further embodiment. This power module 1 differs from the power module 1 according to 1 by being on the fronts 3 of the supporting institutions 2 additional electrical contact elements 21st are arranged. The present illustration shows that these electrical contact elements 21st arbitrarily on the top 3 of the supporting institutions 2 can be arranged. The electrical contact elements 21st are in the present case designed as pin headers and can, for example, be attached to the carrier devices 2 to be soldered. The contacts of the electrical contact elements 21st perpendicular to the front 3 or parallel to the front 3 be aligned. The electrical contact elements 21st serve for the electrical connection of the power module 1 with the other power modules 1 or other connections.

6 zeigt eine ausschnittsweise Darstellung des Leistungsmoduls 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Dabei ist ein Ausschnitt des Leistungsmoduls 1 von oben beziehungsweise von der Vorderseite 3 gezeigt. In diesem Beispiel weist das Leistungsmodul 1 eine Durchgangsöffnung 22 auf, welche sich durch beide Trägereinrichtungen 2 hindurch erstreckt. Ferner beschreibt die Linie 19 die Grenze des Kühlkanals 9. Zwischen der Grenze des Kühlkanals 9 und der Durchgangsöffnung 22 ist eine Fläche 23 vorgesehen, welche zum Verbinden der Trägereinrichtungen 2 miteinander sowie zum Abdichten des Kühlkanals 9 dient. Auf dieser Fläche 23 kann beispielsweise ein entsprechender Klebstoff aufgetragen werden und/oder ein Dichtelement eingebracht werden. 6th shows a detail of the power module 1 according to a further embodiment. Here is a section of the power module 1 from above or from the front 3 shown. In this example, the power module 1 a through opening 22nd which extends through both support facilities 2 extends therethrough. It also describes the line 19th the limit of the cooling duct 9 . Between the boundary of the cooling channel 9 and the through hole 22nd is a surface 23 provided, which for connecting the carrier devices 2 with each other as well as for sealing the cooling channel 9 serves. On this area 23 For example, a corresponding adhesive can be applied and / or a sealing element can be introduced.

7 zeigt ein Leistungsmodul 1 mit einer Durchgangsöffnung 22 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hierbei ist zu erkennen, dass die Durchgangsöffnung 22 dazu verwendet werden kann, eine elektrische Verbindung zwischen den Bauelementen 5 der oberen Trägereinrichtung 2 und den Bauelementen 5 der unteren Trägereinrichtung 2 bereitzustellen. Hierzu ist eine Verbindungsleitung 24 vorgesehen, welche durch die Durchgangsöffnung 22 hindurchgeführt ist. Die Verbindungsleitung 24 ist mit einem elektrischen Kontaktelement 21 der oberen Trägereinrichtung 2 und einem Kontaktelement 21 der unteren Trägereinrichtung 2 elektrisch verbunden. 7th shows a power module 1 with a through opening 22nd according to a further embodiment. It can be seen here that the through opening 22nd can be used to establish an electrical connection between the components 5 the upper support device 2 and the components 5 the lower support device 2 to provide. A connection line is required for this 24 provided which through the through opening 22nd is passed through. The connecting line 24 is with an electrical contact element 21st the upper support device 2 and a contact element 21st the lower support device 2 electrically connected.

8 zeigt eine schematische Darstellung einer Modulanordnung 25 in einer Perspektivansicht. Diese Modulanordnung 25 umfasst eine Mehrzahl von Leistungsmodulen 1. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Modulanordnung 25 drei Leistungsmodule 1, welche parallel zueinander angeordnet sind. 8th shows a schematic representation of a module arrangement 25th in a perspective view. This module arrangement 25th comprises a plurality of power modules 1 . In the present exemplary embodiment, the module arrangement comprises 25th three performance modules 1 which are arranged parallel to each other.

Auf den jeweiligen Leistungsmodulen 1 sind elektrische Kontaktelemente 21 vorgesehen, so dass eine elektrische Verbindung über Verbindungsleitungen 24 zwischen den einzelnen Leistungsmodulen 1 ermöglicht wird. Bei dem Leistungsmodul 1 auf der rechten Seite sind zusätzliche Kontaktelemente 21 angeordnet, welche für den elektrischen Anschluss zu anderen Baugruppen dienen.On the respective performance modules 1 are electrical contact elements 21st provided so that an electrical connection via connecting lines 24 between the individual service modules 1 is made possible. With the power module 1 on the right there are additional contact elements 21st arranged, which are used for the electrical connection to other assemblies.

Darüber hinaus umfasst die Modulanordnung 25 eine fluidische Verbindungseinrichtung 26. Die fluidische Verbindungseinrichtung 26 ist vorliegend im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Die Verbindungseinrichtung 26 umfasst Kanäle 27, welche zum Führen des Kühlmediums beziehungsweise der Kühlflüssigkeit dienen. Der Fluss des Kühlmediums ist vorliegend durch die Pfeile 28 veranschaulicht. Dabei ist die Verbindungseinrichtung 26 senkrecht zu den jeweiligen Leistungsmodulen 1 angeordnet. Darüber hinaus umfasst die fluidische Verbindungseinrichtung 26 Öffnungen 29, welche fluidisch mit den Einlassöffnungen 12 der jeweiligen Leistungsmodule 1 verbunden sind. Ferner umfasst die fluidische Verbindungseinrichtung 26 Öffnungen 30, welche fluidisch mit den Auslassöffnungen 13 der jeweiligen Leistungsmodule 1 verbunden sind. An einer Oberseite 31 ist die fluidische Verbindungseinrichtung 26 geschlossen, um die Kanäle 27 bereitzustellen. Diese Oberseite 31 kann ebenfalls als Kühlfläche für sonstige Bauteile oder als Außenwand eines Gehäuses dienen. Eine Unterseite 32 der fluidischen Verbindungseinrichtung 26 kann ebenso als Kühlfläche für sonstige Bauteile verwendet werden.In addition, the module arrangement includes 25th a fluidic connection device 26th . The fluidic connection device 26th is in the present case essentially plate-shaped. The connecting device 26th includes channels 27 which serve to guide the cooling medium or the cooling liquid. The flow of the cooling medium is shown here by the arrows 28 illustrated. Here is the connecting device 26th perpendicular to the respective power modules 1 arranged. In addition, the fluidic connection device comprises 26th openings 29 which are fluidically connected to the inlet ports 12 of the respective service modules 1 are connected. Furthermore, the fluidic connection device comprises 26th openings 30th which are fluidically connected to the outlet openings 13 of the respective service modules 1 are connected. On a top 31 is the fluidic connection device 26th closed to the channels 27 to provide. This top 31 can also serve as a cooling surface for other components or as an outer wall of a housing. A bottom 32 the fluidic connection device 26th can also be used as a cooling surface for other components.

Über den Querschnitt der Kanäle 27 und/oder der Öffnungen 29 und 30 kann die Flussmenge des Kühlmediums und damit die Kühlleistung der jeweiligen Leistungsmodule individuell dimensioniert werden. Die Darstellung gemäß 8 stellt ein mögliches Ausführungsbeispiel dar. Es ist eine Vielzahl von geometrischen Ausprägungen möglich, um das Konzept an die jeweilige Komponentenarchitektur anzupassen. So können beispielsweise die beschriebenen Leistungsmodule 1 in unterschiedlichsten Ausprägungen eingesetzt werden. Es ist dabei weiterhin möglich, konventionell ausgeführte Kühlebenen zu implementieren, wie beispielsweise die Oberseite der fluidischen Verbindungseinrichtung 26.About the cross section of the channels 27 and / or the openings 29 and 30th the flow rate of the cooling medium and thus the cooling capacity of the respective power modules can be individually dimensioned. The representation according to 8th represents a possible exemplary embodiment. A large number of geometrical forms are possible in order to adapt the concept to the respective component architecture. For example, the power modules described 1 can be used in a wide variety of forms. It is also possible to implement conventionally designed cooling levels, such as the upper side of the fluidic connection device 26th .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: LeistungsmodulPower module
22: TrägereinrichtungCarrier device
33: Vorderseitefront
44th: Rückseiteback
55: BauelementComponent
66: MetallsubstratMetal substrate
77th: AusnehmungRecess
88th: Stegweb
99: KühlkanalCooling duct
1010: KontaktbereichContact area
1111: DichtlinieSealing line
1212: EinlassöffnungInlet opening
1313th: AuslassöffnungOutlet opening
1414th: StutzenSupport
1515th: FlanschelementFlange element
1616: EinlassanschlussInlet connection
1717th: AuslassanschlussOutlet connection
1818th: Bohrungdrilling
1919th: Linieline
2020th: VerbindungsbereichConnection area
2121st: elektrisches Kontaktelementelectrical contact element
2222nd: DurchgangsöffnungThrough opening
2323: Flächearea
2424: VerbindungsleitungConnecting line
2525th: ModulanordnungModule arrangement
2626th: fluidische Verbindungseinrichtungfluidic connection device
2727: Kanalchannel
2828: Pfeilarrow
2929: Öffnungopening
3030th: Öffnungopening
3131: OberseiteTop
3232: Unterseitebottom
3333: KühleinrichtungCooling device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

US 8391011 B2 [0003]

Claims

Power module (1) for a vehicle, comprising two carrier devices (2), the respective carrier devices (2) having an insulated metal substrate (6) on a rear side (4) and electronic components on a front side (3) opposite the rear side (4) (5) are arranged on the respective carrier devices (2), and a cooling device (33) for cooling the carrier devices (2), characterized in that at least one of the carrier devices (2), starting from the rear side (4), enters the metal substrate (6) ) a recess (7) is introduced and the carrier devices (2) are arranged relative to one another in such a way that the rear sides (4) abut one another in a contact area (10), the recess (7) is arranged in the contact area (10) and through the Recess (7) a cooling channel (9) of the cooling device (33) is formed.

Power module (1) Claim 1 , characterized in that the recess (7) of the at least one carrier device (2) is designed in such a way that at least one closed sealing line (11) results in the contact area (10), a sealing element for connecting the Carrier devices (2) and / or for providing a seal between the carrier devices (2) is arranged.

Power module (1) Claim 1 or 2 , characterized in that the recess (7) of the at least one carrier device (2) is designed in such a way that a plurality of webs (8) for guiding a cooling medium is formed in the metal substrate (6).

Power module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet opening (12) as an inlet for a cooling medium and an outlet opening (13) as an outlet for the cooling medium are made in at least one of the carrier devices (2), the inlet opening ( 12) and the outlet opening (13) open into the cooling channel (9).

Power module (1) Claim 4 , characterized in that the power module (1) has a flange element (15), the flange element (15) having an inlet connection (16) which is fluidly connected to the inlet opening (12) and an outlet connection (17) which is fluidically connected to the outlet opening (13) is connected.

Power module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power module (1) has a through opening (22) which extends through the two carrier devices (2).

Power module (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical contact element (21) for providing an electrical connection is arranged on the front side (3) of at least one of the carrier devices (2).

Module arrangement (25) with at least two power modules (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least two power modules (1) are electrically connected to one another.

Module arrangement (25) according to Claim 8 , characterized in that the module arrangement (25) has a fluidic connection device (26) which has channels (27) for guiding a cooling medium, channels (27) being fluidically connected to the cooling channels (9) of the respective power modules (1).

A method for producing a power module (1) for a vehicle, in which two carrier devices (2) are provided, the respective carrier devices (2) having an insulated metal substrate (6) on one rear side (4), on one of the rear side (4) opposite front side (3) electronic components (5) are arranged on the respective carrier devices (2), and a cooling device (33) for cooling the carrier devices (22) is provided, characterized in that at least one of the carrier devices in the metal substrate (6) (2) starting from the rear side (4) a recess (7) is made and the carrier devices (2) are arranged in relation to one another in such a way that the rear sides (4) abut one another in a contact area (10), the recess (7) in the Contact area (10) is arranged and a cooling channel (9) of the cooling device (33) is formed by the recess (7).