DE102019133678A1 - Anordnung für elektronische Bauteile - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (30), die mindestens ein Halbleitermodul (6) aus Siliziumcarbid, eine Treiberschaltung für das mindestens eine Halbleitermodul (6) und ein Kühlsystem (32) aufweist, wobei das mindestens eine Halbleitermodul (6) und die Treiberschaltung nebeneinander angeordnet sind, wobei die Treiberschaltung an das Kühlsystem (32) angebunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die als elektronische Bauteile ein Halbleitermodul, eine Treiberschaltung und ein aktives Kühlsystem aufweist.
  • Bei einem Betrieb einer Leistungselektronik entsteht Wärme, die geeignet abzuführen ist.
  • Gate-Treiberschaltungen werden nach bisherigem Stand der Technik mit diskreten Bauelementen auf herkömmlichen PCBs realisiert. Die Kühlung der Bauteile erfolgt durch freie Konvektion an Luft mit der Umgebungstemperatur im Inneren der Leistungselektronik. Die Umgebungstemperatur im Inneren der Leistungselektronik kann abhängig von Arbeitspunkt und Einbaulage bis zu 100°C betragen. Es werden hierbei maximal Kühlbleche auf Treiber-ICs angebracht, um die Kühlung durch Konvektion durch eine größere Oberfläche zu verbessern. Diese Methode reicht jedoch bei Schaltfrequenzen > 20kHz bei weitem nicht mehr aus, so dass die SiC(Siliziumcarbid)-Leistungshalbleiter mit herkömmlicher Treibertechnik nicht vollständig ausgenutzt werden können. Somit können mit dem konventionellen Aufbau der Treiberschaltung und einer Kühlung durch Konvektion die Vorteile von SiC-MOSFETs nicht ausgeschöpft werden. Es muss aufgrund der Verlustleistungsminimierung der Gate-Treiberschaltung die Schaltfrequenz des kompletten Antriebsumrichters limitiert werden. Dadurch geht Effizienz und Performance des gesamten Antriebsumrichters verloren, was auf Fahrzeugebene in einer maximalen Reichweite des Fahrzeugs spürbar ist.
  • Die Druckschrift DE 11 2016 005 528 T5 beschreibt eine Leistungsmodulvorrichtung, eine Kühlstruktur und ein elektrisches Fahrzeug.
  • Eine elektrische Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs ist in der Druckschrift DE 10 2017 222 446 A1 beschrieben.
  • Ein Leistungsumsetzer und ein Schienenfahrzeug sind aus der Druckschrift DE 10 2016 207 701 A1 bekannt.
  • Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, eine Kühlung einer Leistungselektronik zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Anordnung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung weist mindestens ein Halbleitermodul aus Siliziumcarbid als elektronisches Bauteil, eine Treiberschaltung, insbesondere Gate-Treiberschaltung, als elektronisches Bauteil für das mindestens eine Halbleitermodul und ein aktives Kühlsystem auf. Dabei bilden mehrere Halbleitermodule ein Leistungsmodul. Die Anordnung kann als Leistungselektronik ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden. Dabei weist das Kühlsystem mindestens ein Kühlmodul auf, wobei das mindestens eine Halbleitermodul und die Treiberschaltung nebeneinander benachbart angeordnet sind, wobei die Treiberschaltung an das Kühlsystem, bspw. an das mindestens eine Kühlmodul, angebunden ist und mit diesem in thermischem Kontakt steht.
  • Ergänzend ist es möglich, dass auch das mindestens eine Halbleitermodul aus Siliziumcarbid an das Kühlsystem, bspw. an das mindestens eine Kühlmodul, angebunden ist.
  • Die Anordnung kann mindestens ein Befestigungsmodul aufweisen, über das die Treiberschaltung mit dem Kühlsystem, d. h. dem mindestens einen Kühlmodul und/oder mit dem mindestens einen Halbleitermodul verbunden ist. Dabei kann das mindestens eine Befestigungsmodul als Schraube und/oder Klemme ausgebildet sein, wobei das mindestens eine Befestigungsmodul dazu ausgebildet ist, die Treiberschaltung mit dem mindestens einen Kühlmodul thermisch und mechanisch zu verbinden.
  • Alternativ oder ergänzend kann zwischen der Treiberschaltung, dem mindestens einen Befestigungsmodul und dem mindestens einen Kühlmodul eine thermische Schnittstelle aus thermisch leitfähigem Material angeordnet sein.
  • In Ausgestaltung ist die Treiberschaltung auf einer Leiterplatte bzw. Platine (PCB, printed circuit board) angeordnet, wobei die Leiterplatte und ggf. mindestens ein Luftspalt zwischen der Treiberschaltung und dem mindestens einen Halbleitermodul angeordnet ist bzw. sind.
  • Die Anordnung kann mehrere Befestigungsmodule aufweisen, wobei das mindestens eine Halbleitermodul zwischen mindestens zwei Befestigungsmodulen angeordnet ist und mit diesen ebenfalls thermisch und mechanisch verbunden sein kann. Dabei ist die Treiberschaltung an die mindestens zwei Befestigungsmodule thermisch angebunden und darüber an das Kühlsystem angebunden.
  • Das mindestens eine Kühlmodul des Kühlsystems ist zur Aufnahme und/oder zum Transport bzw. zum Fördern eines Kühlmediums, üblicherweise einer Kühlflüssigkeit, und zum aktiven Kühlen der Treiberschaltung und ggf. des mindestens einen Halbleitermoduls ausgebildet.
  • In Ausgestaltung kann die Anordnung schichtförmig ausgebildet sein und mehrere nebeneinander angeordnete Schichten bzw. Ebenen aufweisen. Dabei weist eine erste Ebene mindestens ein Kühlmodul des Kühlsystems auf. Eine zweite Ebene weist mindestens ein Halbleitermodul bzw. Leistungsmodul und mindestens ein Befestigungsmodul auf. Eine dritte Ebene weist die Treiberschaltung auf, die in Ausgestaltung auf der Leiterplatte angeordnet ist. Hierbei ist die erste Ebene benachbart zu der zweiten Ebene und die zweite Ebene benachbart zu der dritten Ebene angeordnet. Dabei ist es in Ausgestaltung möglich, dass das Kühlsystem innerhalb der ersten Ebene auch mehrere Kühlmodule aufweist, die je nach Definition als Haupt-Kühlmodule und Neben-Kühlmodule ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden können, jedoch unabhängig davon als Kühler zum aktiven Kühlen der Halbleitermodule und der Treiberschaltung ausgebildet sind. Innerhalb der zweiten Ebene können abwechselnd nebeneinander mehrere Halbleitermodule und Befestigungsmodule angeordnet sein. Dabei ist es möglich, dass die Treiberschaltung über die Befestigungsmodule mit Kühlmodulen des Kühlsystems mechanisch und thermisch verbunden ist. In weiterer Ausgestaltung ist es möglich, dass jeweils ein Halbleitermodul in der zweiten Ebene von der Treiberschaltung in der dritten Ebene thermisch isoliert sein kann, wobei in diesem Fall zwischen jeweils einem Halbleitermodul und der Treiberschaltung beispielsweise ein Luftspalt angeordnet sein kann.
  • Mit dem Kühlsystem der Anordnung ist für eine Leistungselektronik, die die Treiberschaltung und das mindestens eine Halbleitermodul als Komponenten eines SiC-Umrichters aufweist, eine aktive Kühlung der Gate-Treiberschaltung für den SiC-Umrichter durch Anbindung an einen Hauptmodul-Kühler möglich.
  • Hierbei ist alternativ oder ergänzend vorgesehen, dass das Leistungsmodul eines Hauptumrichters, der das mindestens eine Halbleitermodul aus Siliziumcarbid umfasst, üblicherweise durch das mindestens eine Kühlmodul mit einem Kühlmedium bzw. einer Kühlflüssigkeit, bspw. mit Wasser, gekühlt wird. Hier werden Kühlrippen bzw. sogenannte PinFin-Strukturen innerhalb eines geschlossenen Metallkühlers als Kühlmodul von dem Kühlmedium bzw. einem Kühlmittel umströmt, wobei thermische Energie durch erzwungene Konvektion aus den Halbleitermodulen abgeführt wird. Ein Antriebsumrichter basiert auf SiC bzw. Siliziumcarbid und kann durch ein Halbbrückenmodul aufgebaut sein, das das mindestens eine Halbleitermodul aufweist.
  • Mit der vorgestellten Anordnung mit dem Kühlsystem kann die Kühlung der Gate-Treiberschaltung, die auch oberhalb der Halbleitermodule auf der Leiterplatte (PCB) bestückt wird, verbessert werden. Die elektrische Kontaktierung wird hierbei über eine Press-fit-Technologie, im Fall einer Gate-Treiberschaltung auf der Leiterplatte (PCB) oberhalb des Leistungsmoduls bzw. der Halbleitermodule angeordnet. Die Anbindung an die aktive Kühlung bzw. an einen mit dem Kühlmittel durchflossenen Hauptkühler als Kühlmodul des Kühlsystems des Antriebsumrichters wird hier über eine Befestigungsverschraubung und/oder Befestigungsklemmung als Befestigungsmodul des SiC-Leistungsmoduls bereitgestellt. Die Klemmung und/oder Verschraubung zur Befestigung sitzt direkt auf dem mit Kühlmittel durchflossenen Kühlsystem als Hauptkühler und stellt dadurch eine optimale Wärmesenke dar. Die thermische Anbindung der Treiberschaltung kann beispielsweise über eine Wärmeleitpaste, über Kleben und/oder ein sogenanntes Gap-Pad bzw. ein Kissen aus thermisch leitfähigem Material, bspw. Füllmaterial, realisiert werden. Hierbei wird die Klemmung und/oder Befestigungsverschraubung, die auf dem mit Kühlmittel durchflossenen Kühlersystem verschraubt ist, soweit erhöht, bis die Leiterplatte und die Treiberschaltung nur durch ein TIM (thermal interface material) als thermische Schnittstelle getrennt auf der Klemmung aufliegen. Somit wird die obenseitig bzw. auf einer Top-Side bestückte Gate-Treiberschaltung bspw. über sogenannte Thermal Vias an die aktive Kühlung angebunden.
  • Das Kühlsystem mit den Kühlmodulen kann als Gesamtkühler für den Hauptumrichter, der die Halbleitermodule umfasst, und zur Kühlung der Gate-Treiberschaltung verwendet werden. Durch die aktive Kühlung der Gate-Treiberschaltung kann diese ohne Einschränkungen in einem kompletten, betriebsbegleitenden Temperaturbereich betrieben werden.
  • Dadurch kann die Gate-Treiberschaltung gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert ausgelegt werden, was zu einer Kostenreduktion führt. Zudem wird die Robustheit der Gate-Treiberschaltung sowie der gesamten Anordnung erhöht, da die Bestandteile der Gate-Treiberschaltung keiner extremen Temperaturerhöhung ausgesetzt sind.
  • Durch die Kühlanbindung entstehen zudem neue Möglichkeiten, die Gate-Treiberschaltung zu realisieren bzw. auszulasten. So können höhere Schaltfrequenzen des Antriebsumrichters aus den Halbleitermodulen realisiert werden, was direkt zu einer besseren Ausnutzung der SiC-Leistungshalbleiter führt. Daraus resultiert eine Steigerung der Effizienz und der Performance und somit indirekt eine Steigerung der Reichweite eines kompletten Fahrzeugs, bspw. Elektrofahrzeugs, das eine Leistungselektronik mit den Halbleitermodulen und der Anordnung aufweist.
  • Die Gate-Treiberschaltung bzw. ein Gate-Treibersubstrat ist an das Kühlsystem direkt angebunden, wobei die Gate-Treiberschaltung zu dem mindestens einen Halbleitermodul benachbart, bspw. oberhalb oder unterhalb des Leistungsmoduls des mindestens einen Halbleitermoduls angeordnet und aktiv, bspw. direkt gekühlt werden kann. Alternativ oder ergänzend ist eine Gate-Treiberschaltung bzw. ein Gate-Treiber-IC an eine aktive Kühlung des Kühlsystems, das mit bzw. von dem Kühlmittel durchflossen ist, angebunden.
  • Das Kühlsystem ist für die Leistungselektronik für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs, bspw. Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, vorgesehen. Mit der Leistungselektronik (LE) wird in der Regel eine dreiphasige Drehfeldmaschine für einen Traktionsantrieb (EV, HEV der PHEVs) des Fahrzeugs angesteuert. Die Leistungselektronik wandelt eine DC-Gleichspannung, die von einer bspw. als Hochvolt-Speicher ausgebildeten elektrischen Energiequelle bereitgestellt wird, in eine dreiphasige AC-Wechselspannung um, die zur Ansteuerung einer bspw. als Drehfeldmaschine ausgebildeten Elektromaschine ausgebildet ist. Die dreiphasig ausgeführte Drehfeldmaschine wird bspw. über Leistungshalbleiter als Halbleitermodule in einer B6-Brückenschaltung verschaltet angesteuert. Mit dem Gate-Treiber bzw. einer kompletten Gate-Treiber-Beschaltung ist ein präzises Ansteuern der einzelnen Halbleiterschalter bzw. Halbleitermodule möglich, wobei zudem Sicherheitsfunktionen realisiert und somit ein sicherer Betrieb des gesamten Fahrzeugs gewährleistet werden kann.
  • Heute verfügbare SiC-Antriebsumrichter bzw. deren SiC-Halbleitermodule, die nicht ausreichend gekühlt werden, limitieren häufig aufgrund ihrer internen Streuinduktivitäten eine maximale Stromsteilheit und damit eine Schaltfrequenz bis ca. 100 kHz. Durch die Kühlung der Leistungselektronik mit dem Kühlsystem können für die Halbleitermodule nun auch hohe Schaltfrequenzen und Schaltspannungen erreicht werden, wobei sich die Vorteile von SiC-Halbleitern (Silizium Carbid) im Vergleich zu Si-Halbleitern (Silizium) voll ausschöpfen lassen.
  • Für die Treiberelektronik wird berücksichtigt, dass die Gate-Kapazität von einem SiC-MOSFETs vergleichbar mit derer eines Si-IGBTs ist. Der notwendige Ansteuerstrom für die Leistungsschalter bzw. Halbleitermodule ergibt sich aus dem Produkt von Gate-Kapazität und Schaltfrequenz. Somit bedeutet eine Erhöhung der Schaltfrequenz von einem Si-IGBT-300-A-Modul mit 10 kHz auf ein SiC-Modul mit 50 kHz eine Steigerung der notwendigen Ansteuerleistung um 400%. Diese Mehrleistung erfordert neue Wege in der Entwärmung bzw. Kühlung und der effizienten Ansteuerung, um dem Trend der Leistungsdichtesteigerung auf Ebene der Halbleitermodule nicht durch eine Verdoppelung der notwendigen Ansteuerelektronikgröße zu zerstören. Die deutliche Zunahme der Ansteuerleistung führt im gleichen Maße zur Steigerung der Verlustleistung der Treiberschaltung. Diese Tatsache erfordert eine Optimierung der Treiberschaltung, um die Verluste über den kompletten Temperaturbereich zu minimieren.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
    • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Detail einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
    • 2 zeigt ein Beispiel für ein Halbleitermodul aus verschiedenen Perspektiven in schematischer Darstellung.
    • 3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
    • 4 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
    • 5 zeigt in schematischer Darstellung ein Detail eines Halbleitermoduls.
    • 6 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine Treiberschaltung.
  • Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung nur einen Teil der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 2, die hier ein Kühlsystem 3 aufweist. Dieses Kühlsystem 3 umfasst hier ein Haupt-Kühlmodul 4. Auf dem Haupt-Kühlmodul 4 sind hier drei primäre Halbleitermodule 6 bzw. Leistungsmodule bzw. Powermodule aus Siliziumcarbid (SiC), zwei zusätzliche bzw. sekundäre Halbleitermodule 5 und vier Befestigungsmodule 8 angeordnet. Die Halbleitermodule 5, 6, die hier auf dem gemeinsamen Haupt-Kühlmodul 4 angeordnet sind, sind hier einer Elektromaschine, bspw. einer fremderregten Synchronmaschine, zugeordnet. Dabei sind zumindest die primären Halbleitermodule 6 als Komponenten einer Leistungselektronik für die Elektromaschine ausgebildet. Die sekundären Halbleitermodule 5 sind als Teil einer Erregerschaltung zur Erregung der fremderregten Elektromaschine, bspw. Synchronmaschine ausgebildet. Dabei sind die Halbleitermodule 5, 6 und die Befestigungsmodule 8 mit dem Haupt-Kühlmodul 4 mechanisch und thermisch verbunden. Weiterhin ist jeweils ein primäres Halbleitermodul 6 zwischen zwei Befestigungsmodulen 8 angeordnet. Außerdem sind die Halbleitermodule 6 und die Befestigungsmodule 8 zwischen den beiden sekundären Halbleitermodulen 5 angeordnet. Ein jeweiliges Befestigungsmodul 8 kann als Befestigungsverschraubung und/oder Befestigungsklemmung ausgebildet sein. Dabei ist ein derartiges sog. primäres Halbleitermodul 6 in 2a entsprechend der Darstellung aus 1 auch von oben und in 2b von unten dargestellt.
  • Jedes primäre Halbleitermodul 6 umfasst auf einer ersten Außenseite ein erstes Anschlussterminal 10 für Wechselstrom (AC) und auf einer gegenüberliegenden zweiten Außenseite insgesamt drei Anschlussterminals 12a, 12b, 14 für Gleichstrom (DC). Von den zweiten Anschlussterminals 12a, 12b, 14, die hier nebeneinander angeordnet sind, sind die beiden äußeren zweiten Anschlussterminals 12a, 12b als Anschlüsse bzw. Laschen für positiven Gleichstrom (DC+) und das dazwischen angeordnete mittlere zweite Anschlussterminal 14 als Anschluss bzw. Lasche für negativen Gleichstrom (DC-) ausgebildet. Außerdem sind auf der ersten Außenseite eines jeweiligen primären Halbleitermoduls 6 auch Ansteuerpins 16 angeordnet, die hier über ein Press-fit-Verfahren an den primären Halbleitermodulen 6 angeordnet sind, wobei jedes primäre Halbleitermodul 6 SiC-Halbbrücken umfasst.
  • Die anhand von 3 schematisch dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 20 umfasst ebenfalls ein Kühlsystem 21 mit einem als Haupt-Kühlmodul 22 ausgebildeten Kühlmodul auf der hier ebenfalls drei sog. primäre Halbleitermodule 6 mit Anschlussterminals 10, 12a, 12b, 14 angeordnet sind. Hier sind die Halbleitermodule 6 größtenteils von einer bedruckten Leiterplatte 24 (PCB) abgedeckt, auf der wiederum elektronische Bauteile für eine Treiberschaltung 26, hier für eine Gate-Treiberschaltung 26 für Gates bzw. Eingänge der Halbleitermodule 6, angeordnet ist. In 3 sind von der Leiterplatte 24 mit der Treiberschaltung 26 ebenfalls die zwischen den Halbleitermodulen 6 angeordneten bzw. befindlichen Befestigungsmodule 8 abgedeckt, wobei hier bei der zweiten Ausführungsform der Anordnung 20 vorgesehen ist, dass die Treiberschaltung 26 auf der Leiterplatte 24 über die Befestigungsmodule 8 an dem Haupt-Kühlmodul 22 angebunden ist und in thermischem Kontakt befindet.
  • Die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 30 ist in 4 in Schnittdarstellung gezeigt. Diese Anordnung 30 umfasst ebenfalls ein Kühlsystem 32. Dieses Kühlsystem 32 umfasst hier Kühlmodule, die hier definitionsgemäß als Haupt-Kühlmodule 31 und als Neben-Kühlmodule 33 ausgebildet bzw. zu bezeichnen sind, die Haupt-Kühlmodule 31 und die Neben-Kühlmodule 33 sind in einer Ebene des Kühlsystems 32 nebeneinander abwechselnd angeordnet. Auf der aus den Kühlmodulen gebildeten Ebene den Kühlsystems 32 ist eine weitere Ebene angeordnet, in der hier ebenfalls drei Halbleitermodule 6 aus Siliziumcarbid nebeneinander angeordnet sind. Außerdem umfasst diese Anordnung 30 hier vier Befestigungsmodule 8 aus Metall, wobei jeweils ein Halbleitermodul 6 in derselben Ebene zwischen jeweils zwei Befestigungsmodulen 8 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung 30 ist hier jeweils ein Halbleitermodul 6 mit einem Haupt-Kühlmodul 31 mechanisch und thermisch verbunden. Weiterhin ist jeweils ein Befestigungsmodul 8 mit einem Neben-Kühlmodul 33 thermisch und mechanisch verbunden.
  • Über den Halbleitermodulen 6 bzw. oberhalb der Halbleitermodule 6 und den Befestigungsmodulen 8 ist hier eine Leiterplatte 24 bzw. eine entsprechende Platine für eine Treiberschaltung und/oder mit einer Treiberschaltung für die Halbleitermodule 6 hierzu benachbart angeordnet. Dabei ist hier vorgesehen, dass sich zwischen jeweils einem Halbleitermodul 6 und der dazu benachbarten Platine 24 und somit auch der dazu benachbarten Treiberschaltung ein Luftspalt 34 befindet. Außerdem ist die Leiterplatte 24 mit der Treiberschaltung über das Befestigungsmodul 8 an das Kühlsystem 32 angebunden, hier angeklemmt. Außerdem befindet sich hier jeweils zwischen einem Befestigungsmodul 8 und der Leiterplatte 24 eine thermische Schnittstelle 36 aus thermisch leitfähigem Material bzw. einer thermisch leitfähigen Substanz, wobei eine derartige Schnittstelle hier als TIM (thermal interface material) ausgebildet und/oder zu bezeichnen ist. Über derartige Schnittstellen 36 und die mechanischen Befestigungsmodule 8 wird zwischen dem Kühlsystem 32 und der Treiberschaltung auf der Leiterplatte 24 eine thermische Anbindung bzw. ein thermischer Kontakt bereitgestellt. Das Kühlsystem 32 weist hier weiterhin zwei Kühlmittelzuführungen 42 auf, die hier je nach Definition als Laschen ausgebildet bzw. zu bezeichnen sind, wobei diese Kühlmittelzuführungen 42 mit den Haupt-Kühlmodulen 31 und den Neben-Kühlmodulen 33 verbunden und zur Bereitstellung von Kühlmittel ausgebildet sind, wobei bei einem Betrieb des Kühlsystems 32 die Haupt- und Neben-Kühlmodule 31, 33 von dem Kühlmittel durchströmt werden.
  • 5 zeigt in schematischer Darstellung eine Topologie einer B6-Brückenschaltung mit hier sechs Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) aus Siliziumcarbid als Halbleitermodule, wobei jeweils einem derartigen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor eine Diode zugeordnet ist.
  • Jeweils ein Halbleitermodul 6 einer der vorgestellten Ausführungsformen der Anordnung 2, 20, 30 weist in Ausgestaltung eine derartige Brückenschaltung 38 auf.
  • 6 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Treiberschaltung 40, wie sie ebenfalls als Teil einer der Ausführungsformen der vorgestellten Anordnung 2, 20, 30 ausgebildet sein kann. Dabei ist es hier möglich, dass diese Treiberschaltung 40 auf einer Leiterplatte 24 angeordnet ist, wobei diese Leiterplatte 24, wie im Fall der dritten Ausführungsform der Anordnung 30 aus 4, zu mehreren Halbleitermodulen 6 und mehreren Befestigungsmodulen 8, die abwechselnd nebeneinander in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, benachbart ist, wobei sich zwischen der Leiterplatte 24 mit der Treiberschaltung 40 und einem jeweiligen Halbleitermodul 6 ein Luftspalt 34 befinden kann, wohingegen die Treiberschaltung 40 über die Leiterplatte 24 und einem jeweiligen Befestigungsmodul 8 mit Kühlmodulen eines Kühlsystems thermisch direkt verbunden bzw. daran thermisch angebunden ist.
  • Bei allen vorgestellten Ausführungsformen der Anordnung 2, 20, 30 bilden Kühlmodule, das heißt je nach Definition Haupt-Kühlmodule 4, 22, 31 und Neben-Kühlmodule 33, die in einer ersten Ebene angeordnet sind, einen gemeinsamen Kühler für die Halbleitermodule 6 in der unmittelbar daneben angeordneten zweiten Ebene, wobei die Halbleitermodule 6 durch die Kühlmodule aktiv gekühlt werden. Die Befestigungsmodule 8, die beispielsweise als Montageklemmen ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden können, sind in derselben zweiten Ebene wie die Halbleitermodule 6 angeordnet und einerseits mit den Kühlmodulen in der unmittelbar daneben, bspw. darunter angeordneten ersten Ebene thermisch und mechanisch verbunden. Außerdem sind die Befestigungsmodule 8 andererseits mit der Treiberschaltung 26, 40 in der unmittelbar daneben, bspw. darüber angeordneten dritten Ebene thermisch und mechanisch verbunden, wobei die Treiberschaltung 26, 40 über die Befestigungsmodule 8 indirekt mit den Kühlmodulen verbunden und dadurch an das Kühlsystem 3, 21, 32 angebunden ist und aktiv gekühlt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Anordnung
    3
    Kühlsystem
    4
    Haupt-Kühlmodul
    5
    Halbleitermodul
    6
    Halbleitermodul
    8
    Befestigungsmodul
    10, 12a, 12b, 14
    Anschlussterminal
    16
    Ansteuerpin
    20
    Anordnung
    21
    Kühlsystem
    22
    Haupt-Kühlmodul
    24
    Leiterplatte
    26
    Treiberschaltung
    30
    Anordnung
    31
    Haupt-Kühlmodul
    32
    Kühlsystem
    33
    Neben-Kühlmodul
    34
    Luftspalt
    36
    Schnittstelle
    38
    Brückenschaltung
    40
    Treiberschaltung
    42
    Kühlmittelzuführung
  • 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
    • DE 112016005528 T5 [0004]
    • DE 102017222446 A1 [0005]
    • DE 102016207701 A1 [0006]

Claims (8)

  1. Anordnung, die mindestens ein Halbleitermodul (6) aus Siliziumcarbid, eine Treiberschaltung (26, 40) für das mindestens eine Halbleitermodul (6) und ein Kühlsystem (4, 22, 32) aufweist, wobei das mindestens eine Halbleitermodul (6) und die Treiberschaltung (26, 40) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Treiberschaltung (26, 40) an das Kühlsystem (4, 22, 32) angebunden ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das mindestens eine Halbleitermodul (6) an das Kühlsystem (4, 22, 32) angebunden ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, die mindestens ein Befestigungsmodul (8) aufweist, über das die Treiberschaltung (26, 40) und das Kühlsystem (4, 22, 32) miteinander verbunden sind.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der das mindestens eine Befestigungsmodul (8) als Schraube und/oder Klemme ausgebildet ist.
  5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der zwischen der Treiberschaltung (26, 40) und dem Kühlsystem (4, 22, 32) eine Schnittstelle (36) aus thermisch leitfähigem Material angeordnet ist.
  6. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der die Treiberschaltung (26, 40) auf einer Leiterplatte (24) angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (24) zwischen der Treiberschaltung (26, 40) und dem mindestens einen Halbleitermodul (6) angeordnet ist.
  7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der das Kühlsystem (4, 22, 32) mehrere Kühlmodule aufweist, wobei die Treiberschaltung (26, 40) an mindestens ein Kühlmodul angebunden ist.
  8. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der das Kühlsystem (4, 22, 32) zur Aufnahme eines Kühlmediums und zum aktiven Kühlen der Treiberschaltung (26, 40) ausgebildet ist.
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