DE102020100385A1 - Leistungsmodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul (10) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend einen Träger (12), an dessen Trägeroberseite (14) ein Leistungshalbleiter (16) und daneben ein temperaturabhängiger Widerstand (18) zur Temperaturmessung des Leistungshalbleiters (16) sowie an dessen Trägerunterseite (20) ein Kühlkörper (22) zum Abführen von Wärme vom Leistungshalbleiter (16) angeordnet sind, wobei der temperaturabhängige Widerstand (18) derart thermisch vom Kühlkörper (22) isoliert ist, dass ein thermischer Widerstand (R1) eines Wärmeleitpfads (32) vom temperaturabhängigen Widerstand (18) zum Kühlkörper (22) größer ist als ein thermischer Widerstand (R3) eines Wärmeleitpfads (36) vom Leistungshalbleiter (16) zum Kühlkörper (22). Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Leistungsmoduls (10) und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Leistungsmodul (10)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsmodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem derartigen Leistungsmodul.
  • Leistungsmodule werden u.a. in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die Gleichspannung einer Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs in eine Wechselspannung für eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs zu wandeln. Solche Leistungsmodule weisen üblicherweise wenigstens einen Leistungshalbleiter auf, der beispielsweise dazu dienen kann, die Gleichspannung in die Wechselspannung zu wandeln. Aufgrund hoher Spannungen und Ströme können sich solche Leistungshalbleiter stark erhitzen und werden üblicherweise gekühlt.
  • Das Auftreten von Übertemperaturen an solchen Leistungshalbleitern kann in leistungselektronischen Systemen zu einem Ausfall führen. Deshalb wird die Temperatur solcher Leistungshalbleiter üblicherweise überwacht, so dass vor dem Überschreiten zulässiger Grenzwerte Maßnahmen wie z.B. eine Leistungsdegradierung oder eine Abschaltung eingeleitet werden können. Dies wird in der DE 10 2014 201 781 A1 beschrieben. Zur Temperaturmessung wird eine Messanordnung mit einem Kondensator vorgeschlagen, welche dazu ausgelegt ist, eine Temperatur eines Leistungshalbleiters zu erfassen.
  • Die DE 20 2009 017 816 U1 beschreibt, dass bei Leistungshalbleitermodulen oftmals Temperatursensoren neben einem Leistungshalbleiter auf einem als Träger dienenden Substrat angeordnet werden. Dies könne dazu führen, dass der Temperatursensor die Temperatur des Leistungshalbleiters nur unzureichend messen kann, sondern vielmehr eine durch einen Kühlkörper des Leistungshalbleitermoduls beeinflusste Temperatur misst. Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, den Temperatursensor auf einer vom Substrat abgewandten Oberseite einer flexiblen Schaltfolie über einer Emitterfläche des Leistungshalbleiters anzubringen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher auf besonders einfache und zuverlässige Weise die Temperatur eines Leistungshalbleiters von einem Leistungsmodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug erfasst werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Leistungsmodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Leistungsmodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug umfasst einen Träger, an dessen Trägeroberseite ein Leistungshalbleiter angeordnet ist. Neben dem Leistungshalbleiter ist an der Trägeroberseite ein temperaturabhängiger Widerstand zur Temperaturmessung des Leistungshalbleiters angeordnet. An einer Trägerunterseite des Trägers ist ein Kühlkörper zum Abführen von Wärme vom Leistungshalbleiter angeordnet. Der temperaturabhängige Widerstand ist derart thermisch vom Kühlkörper isoliert, dass ein thermischer Widerstand eines Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper größer ist als ein thermischer Widerstand eines Wärmeleitpfads vom Leistungshalbleiter zum Kühlkörper.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul ist es also vorgesehen, den temperaturabhängigen Widerstand neben dem Leistungshalbleiter zu platzieren, welcher eine Wärmequelle darstellt. Durch die thermische Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands vom Kühlkörper ist es möglich, die Temperatur des Leistungshalbleiters besonders exakt zu messen. Der Kühlkörper des Leistungsmoduls stellt eine Wärmesenke dar. Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul wird der temperaturabhängige Widerstand soweit möglich von der Wärmesenke, also dem Kühlkörper, isoliert. Der Wärmeleitpfad vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper wird dabei so gestaltet, dass der thermische Widerstand dieses Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper besonders groß ist. Der temperaturabhängige Widerstand wird also nicht so gut beziehungsweise so stark entwärmt wie der Leistungshalbleiter.
  • Die Temperaturbestimmung des Leistungshalbleiters kann beispielsweise über ein Rechenmodell erfolgen, welches Verlustleistungen, Wärmepfade, Wärmekapazitäten und dergleichen berücksichtigen kann. Insbesondere können bei dem erfindungsgemäßen Leistungsmodul gut wärmeleitfähige Elemente, wie zum Beispiel Kupfer, Aluminium und dergleichen, durch einen guten thermischen Isolator, wie zum Beispiel Luft, Kunststoff und dergleichen, innerhalb des Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper ersetzt werden. Dadurch ist es möglich, den temperaturabhängigen Widerstand weitestgehend thermisch vom Kühlkörper zu isolieren.
  • Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der temperaturabhängige Widerstand derart thermisch vom Kühlkörper isoliert ist, dass der thermische Widerstand des Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper größer ist als ein thermischer Widerstand eines Wärmeleitpfads vom Leistungshalbleiter zum temperaturabhängigen Widerstand. Dadurch, dass der thermische Widerstand des Wärmeleitpfads vom Leistungshableiter zum temperaturabhängigen Widerstand vergleichsweise sehr klein ist, kann Wärme vom Leistungshalbleiter besonders einfach zum temperaturabhängigen Widerstand gelangen. Dadurch rückt die gemessene Temperatur, welche also mittels des temperaturabhängigen Widerstands erfasst werden kann, näher zur Temperatur der Wärmequelle, also zur Temperatur des Leistungshalbleiters, was die Temperaturbestimmung des Leistungshalbleiters genauer, schneller und robuster gegenüber Toleranzen der Temperaturmessung macht.
  • Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Leistungshalbleiter ein Leistungstransistor oder eine Diode ist. Bei dem Leistungshalbleiter kann es sich aber auch um andere elektronische Bauteile handeln. Der Leistungshalbleiter kann insbesondere dazu dienen, eine Gleichspannung einer Hochvoltbatterie in eine Wechselspannung für eine elektrische Antriebsmaschine des betreffenden Kraftfahrzeugs zu wandeln. Der Leistungshalbleiter kann aber auch andere Funktionen erfüllen.
  • Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Träger ein Direct-Bonded-Copper-Substrat umfasst, welches einen keramischen Isolator aufweist, der zwischen einer die Trägeroberseite aufweisenden oberen Kupferschicht und einer die Trägerunterseite aufweisenden unteren Kupferschicht angeordnet ist. Der Träger weist also eine Struktur auf, die eine enge elektrische und thermische Verbindung elektronsicher Bauteile und Chips über Kupfer ermöglicht, somit auch eine besonders gute elektrische und thermische Anbindung des Leistungshalbleiters des Leistungsmoduls ermöglicht. Bei dem Träger kann es sich alternativ beispielsweise auch um eine Metallkern-Leiterplatte handeln, bei der eine dielektrische Schicht aus mit Keramikpulver gefülltem Polymer besteht. Zudem können am Träger auch andere Substrate zur besonders guten Wärmeableitung vorgesehen sein.
  • Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands vom Kühlkörper zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand und dem Kühlkörper ein die Trägerunterseite umfassender Trägerbereich ausgespart ist, wodurch zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand und dem Kühlkörper ein Luftspalt vorhanden ist. Umfasst der Träger besagtes Direct-Bonded-Copper-Substrat, so kann der temperaturabhängige Widerstand beispielsweise auf dieses Substrat gelötet werden. Das Substrat ist dann nicht wie üblich an seiner Unterseite flächig kupferkaschiert, stattdessen ist die Kupferkaschierung im Bereich des temperaturabhängigen Widerstands ausgespart. Dadurch wird besagter Luftspalt beziehungsweise eine Art Luftpolster mit der Dicke der ansonsten vorhandenen Kaschierung, beispielsweise im Bereich von 600 µm, eingefügt, was die Wärmeleitung an dieser Stelle vom temperaturabhängigen Widerstand über den Träger bis zum Kühlkörper erheblich verringert. Dies kann unabhängig von der konkreten Gestaltung des Trägers erfolgen, es muss sich bei dem Träger dafür also nicht unbedingt um einen Träger handeln, der ein Direct-Bonded-Copper-Substrat umfasst. Durch diese Maßnahme wird also der thermische Widerstand des Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper besonders groß, da zwischen dem Träger und dem Kühlkörper im Bereich des temperaturabhängigen Widerstands besagtes Luftpolster beziehungsweise besagter Luftspalt vorhanden ist.
  • In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der temperaturabhängige Widerstand an einem seitlichen Randbereich des Trägers angeordnet ist. Dadurch kann keine Luft im besagten Luftspalt beziehungsweise Luftpolster eingesperrt werden, in Folge dessen durch Temperaturänderungen ein erhöhter Druck entstehen könnte.
  • Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands vom Kühlkörper dieser an einer gegenüberliegend von dem temperaturabhängigen Widerstand angeordneten Aussparungsstelle im Bereich der Trägerunterseite ausgespart ist. Der Kühlkörper ist also in dem Bereich ausgespart, welcher gegenüberliegend von dem temperaturabhängigen Widerstand angeordnet ist. Dies trägt ebenfalls dazu bei, den thermischen Widerstand des Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper möglichst groß zu gestalten. Denn an der Aussparungsstelle ist kein Material des Kühlkörpers vorhanden, sodass ebenfalls eine Art Luftspalt beziehungsweise Luftpolster geschaffen wird, was den thermischen Widerstand des Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper vergrößert.
  • Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkörper unter Vermittlung einer Wärmeleitpaste mit der Trägerunterseite thermisch gekoppelt ist, wobei zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands vom Kühlkörper in einem an die Aussparungsstelle angrenzenden Bereich keine Wärmeleitpaste vorhanden ist. Die verwendete Wärmeleitpaste kann beispielsweise unter Verwendung einer Schablone so ausgespart werden, dass die Wärmeleitpaste bei der Herstellung des Leistungsmoduls nicht versehentlich in die Aussparungsstelle gelangen kann, wo der Kühlkörper ausgespart ist. Es kann also sichergestellt werden, dass an der Aussparungsstelle, wo der Kühlkörper ausgespart ist, nicht doch eine thermisch gut leitende Kopplung beziehungsweise Verbindung zwischen dem Träger und dem restlichen Kühlkörper hergestellt werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Leistungsmodul oder eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug wird an einer Trägeroberseite eines Trägers ein Leistungshalbleiter und daneben ein temperaturabhängiger Widerstand zur Temperaturmessung des Leistungshalbleiters sowie an einer Trägerunterseite des Trägers ein Kühlkörper zum Abführen von Wärme vom Leistungshalbleiter angeordnet, wobei der temperaturabhängige Widerstand derart thermisch vom Kühlkörper isoliert wird, dass ein thermischer Widerstand eines Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper größer ist als ein thermischer Widerstand eines Wärmeleitpfads vom Leistungshalbleiter zum Kühlkörper. Mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Leistungsmoduls sind als mögliche Ausgestaltungen des Verfahrens und umgekehrt anzusehen.
  • Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1 eine schematische Seitenansicht eines Leistungsmoduls für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend einen Leistungshalbleiter und einen temperaturabhängigen Widerstand zur Temperaturmessung des Leistungshableiters;
    • 2 ein thermisches Ersatzschaltbild des Leistungsmoduls, wobei unterschiedliche thermische Widerstände verschiedener Wärmeleitpfade dargestellt sind.
  • In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ein Leistungsmodul 10 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist in einer schematischen Seitenansicht in 1 gezeigt. Das Leistungsmodul 10 umfasst einen Träger 12, an dessen Trägeroberseite 14 ein Leistungshalbleiter 16 und ein temperaturabhängiger Widerstand 18 zur Temperaturmessung des Leistungshalbleiters 16 angeordnet sind. An einer Trägerunterseite 20 des Trägers 12 ist zudem ein Kühlkörper 22 zum Abführen von Wärme vom Leistungshalbleiter 16 angeordnet. Bei dem Leistungshalbleiter 16 kann es sich beispielsweise um einen Leistungstransistor oder auch um eine Diode handeln.
  • Der Träger 12 ist als Direct-Bonded-Copper-Substrat ausgebildet, welches einen keramischen Isolator 24 aufweist, der zwischen einer die Trägeroberseite 14 aufweisenden oberen Kupferschicht 26 und einer die Trägerunterseite 20 aufweisenden unteren Kupferschicht 28 angeordnet ist. Die obere Kupferschicht 26 kann durch mehrere Bereiche unterbrochen sein. Der Leistungshalbleiter 16 und auch weitere hier nicht näher bezeichnete elektrische oder elektronische Komponenten, die an der oberen Kupferschicht 26 angeordnet sein können, können zum Beispiel über verschiedenste Verdrahtungen 30 mit unterschiedlichen Bereichen der oberen Kupferschicht 26 elektrisch leitend verbunden sein.
  • Beim Leistungshalbleiter 16 kann eine hohe Wärmeentwicklung auftreten, beispielsweise wenn dieser dazu genutzt wird, um eine Gleichspannung einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs in eine Wechselspannung für eine elektrische Antriebsmaschine des betreffenden Kraftfahrzeugs zu wandeln. Um eine Überhitzung des Leistungshalbleiters 16 zu verhindern, ist der Kühlkörper 22 vorgesehen, mittels welchem überschüssige Wärme vom Leistungshalbleiter 16 abgeführt werden kann. Um sicherstellen zu können, dass der Leistungshalbleiter 16 während des Betriebs keinen Schaden nimmt, ist es wichtig, Kenntnis über die Temperatur des Leistungshalbleiters 16 zu haben. Zur Temperaturerfassung beziehungsweise Temperaturmessung ist der besagte temperaturabhängige Widerstand 18 vorgesehen, der neben dem Leistungshalbleiter 16 angeordnet ist. Um die Temperatur des Leistungshalbleiters 16 mittels des temperaturabhängigen Widerstands 18 besonders exakt ermitteln zu können, ist es wichtig, dass der Widerstand 18 nicht genauso oder ähnlich wie der Leistungshalbleiter 16 über den Kühlkörper 22 entwärmt wird.
  • In 2 ist ein thermisches Ersatzschaltbild des Leistungsmoduls 10 schematisch dargestellt. Der Kühlkörper 22 sowie der Leistungshalbleiter 16 und der temperaturabhängige Widerstand 18 sind schematisch angedeutet. Über einen Wärmeleitpfad 32, der den temperaturabhängigen Widerstand 18 mit dem Kühlkörper 22 verbindet, kann Wärme vom Widerstand 18 zum Kühlkörper 22 abgeführt werden. Über einen weiteren Wärmeleitpfad 34 kann Wärme vom Leistungshalbleiter 16 zum temperaturabhängigen Widerstand 18 gelangen. Über noch einen weiteren Wärmeleitpfad 36 kann überschüssige Wärme vom Leistungshalbleiter 16 zum Kühlkörper 22 gelangen und so abgeführt werden.
  • Um eine besonders gute Kühlwirkung beim Leistungshalbleiter 16 zu ermöglichen, ist es wichtig, dass ein thermischer Widerstand R3 des Wärmeleitpfads 36 besonders gering ist. Um mittels des temperaturabhängigen Widerstands 18 die Temperatur des Leistungshalbleiters 16 zudem besonders exakt bestimmen zu können, ist es wichtig, dass ein thermischer Widerstand R2 des Wärmeleitpfads 34 ebenfalls möglichst gering ist. Zudem sollte sichergestellt werden, dass der temperaturabhängige Widerstand 18 mittels der Kühlplatte 22, also über den Wärmeleitpfad 32, möglichst schlecht entwärmt wird. Zur exakten Temperaturmessung des Leistungshalbleiters 16 ist es also wünschenswert, dass ein thermischer Widerstand R1 des Wärmeleitpfads 32 besonders groß ist.
  • Bei dem Leistungsmodul 10 ist daher der temperaturabhängige Widerstand 18 derart thermisch vom Kühlkörper 22 isoliert, dass der thermische Wiederstand R1 des Wärmeleitpfads 32 vom temperaturabhängigen Widerstand 18 zum Kühlkörper 22 größer ist als der thermische Widerstand R2 des Wärmeleitpfads 34 vom Leistungshalbleiter 16 zum temperaturabhängigen Widerstand 18 und als der thermische Widerstand R3 des Wärmeleitpfads 36 vom Leistungshalbleiter 16 zum Kühlkörper 22.
  • Bei dem in 1 gezeigten Fall ist es zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands 18 vom Kühlkörper 22 vorgesehen, zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand 18 und dem Kühlkörper 22 einen Luftspalt 38 vorzusehen. Dies wird im hier gezeigten Fall dadurch erreicht, dass ein die Trägerunterseite 20 umfassender Trägerbereich dort ausgespart ist, der ansonsten gegenüberliegend vom temperaturabhängigen Widerstand 18 angeordnet wäre. Die untere Kupferschicht 28 ist also in dem gegenüberliegend vom temperaturabhängigen Widerstand 18 angeordneten Bereich ausgespart, sodass der Luftspalt 38 vorhanden ist. Der Luftspalt 38 beziehungsweise das dadurch generierte Luftpolster weist somit die Dicke der unteren Kupferschicht 28 auf, welche beispielsweise 600 µm betragen kann.
  • Dadurch wird die Wärmeleitung von dem temperaturabhängigen Widerstand 18 zum Kühlkörper 22 erheblich verringert. Zudem ist der temperaturabhängige Widerstand 18 an einem seitlichen Randbereich des Trägers 12 angeordnet. Mit anderen Worten ist also eine Messstelle, an der der temperaturabhängige Widerstand 18 angeordnet ist, am Rand des Trägers 12 vorgesehen, sodass der Luftspalt 38 eine seitliche Öffnung aufweisen kann und nicht in einer Art Hohlraum eingesperrt wird. Selbst bei Temperaturänderungen steigt der Druck also in dem Luftspalt 38 nicht merklich an.
  • Entgegen der Darstellung in 1 kann es zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands 18 alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass der Kühlkörper 22 an einer gegenüberliegend von dem temperaturabhängigen Widerstand 18 angeordneten Aussparungsstelle der Trägerunterseite 20 ausgespart ist. Dafür kann der Kühlkörper 22 an der entsprechenden Stelle beispielsweise eine Vertiefung oder auch eine Durchgangsöffnung aufweisen, sodass die Trägerunterseite 20 des Trägers 12 zumindest in dem Bereich, der gegenüberliegend von dem temperaturabhängigen Widerstand 18 angeordnet ist, nicht direkt mit dem Kühlkörper 22 verbunden ist. Dadurch kann die Wärmeleitung vom temperaturabhängigen Widerstand 18 zum Kühlkörper 22 ebenfalls stark verringert werden.
  • Zudem ist es auch möglich, dass der Kühlkörper 22 unter Vermittlung einer hier nicht dargestellten Wärmeleitpaste mit der Trägerunterseite 20 thermisch gekoppelt ist. Zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands 18 vom Kühlkörper 22 kann es vorgesehen sein, dass in einem an die Aussparungsstelle angrenzenden Bereich keine Wärmeleitpaste vorhanden ist. Wird also der Kühlkörper 22 in einem gegenüberliegenden Bereich von dem Widerstand 18 ausgespart, so wird die Wärmeleitpaste angrenzend an diesen Aussparungsbereich entsprechend ausgespart. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Wärmeleitpaste während der Herstellung des Leistungsmoduls 10 nicht doch versehentlich in den Bereich der Aussparung gelangen kann, wo der Kühlkörper 22 ausgespart ist. Das Gleiche kann auch für den Fall gelten, dass der Luftspalt 38 vorgesehen ist. Gemäß der Darstellung in 1 würde dann links vom Luftspalt 38 in einem an den Luftspalt 38 angrenzenden Bereich die Wärmeleitpaste ausgespart werden, sodass die Wärmeleitpaste auch nicht in den Luftspalt 38 gelangen kann. Die Aussparung der Wärmeleitpaste kann bei der Herstellung des Leistungsmoduls 10 beispielsweise mittels einer Schablone erfolgen.
  • Abweichend von den Erläuterungen zu den Figuren ist es nicht zwingend erforderlich, dass der thermische Widerstand R1 größer als der thermische Widerstand R2 ist. Beispielsweise kann es auch sein, dass der thermische Widerstand R1 im Wesentlichen genauso groß ist wie der thermische Widerstand R2 , kann z.B. auch kleiner als dieser sein.
  • Die beschriebenen Maßnahmen tragen dazu bei, den thermischen Widerstand R1 des Wärmeleitpfads 32 vom temperaturabhängigen Widerstand 18 zum Kühlkörper 22 möglichst groß zu gestalten. Gut wärmeleitende Materialien werden entlang des Wärmeleitpfads 32 ausgespart beziehungsweise durch möglichst gute thermische Isolatoren, wie beispielsweise Luft oder auch durch Kunststoff oder dergleichen ersetzt. Dadurch rückt die mittels des temperaturabhängigen Widerstands 18 gemessene Temperatur näher zur Temperatur der Wärmequelle, also des Leistungshalbleiters 16.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Leistungsmodul
    12
    Träger
    14
    Trägeroberseite
    16
    Leistungshalbleiter
    18
    temperaturabhängiger Widerstand
    20
    Trägerunterseite
    22
    Kühlkörper
    24
    keramischer Isolator
    26
    obere Kupferschicht
    28
    untere Kupferschicht
    30
    Verdrahtung
    32
    Wärmeleitpfad vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper
    34
    Wärmeleitpfad vom Leistungshalbleiter zum temperaturabhängigen Widerstand
    36
    Wärmeleitpfad vom Leistungshalbleiter zum Kühlkörper
    38
    Luftspalt
    R1
    thermischer Widerstand des Wärmeleitpfads vom temperaturabhängigen Widerstand zum Kühlkörper
    R2
    thermischer Widerstand des Wärmeleitpfads vom Leistungshalbleiter zum temperaturabhängigen Widerstand
    R3
    thermischer Widerstand des Wärmeleitpfads vom Leistungshalbleiter zum Kühlkörper
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014201781 A1 [0003]
    • DE 202009017816 U1 [0004]

Claims (10)

  1. Leistungsmodul (10) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend einen Träger (12), an dessen Trägeroberseite (14) ein Leistungshalbleiter (16) und daneben ein temperaturabhängiger Widerstand (18) zur Temperaturmessung des Leistungshalbleiters (16) sowie an dessen Trägerunterseite (20) ein Kühlkörper (22) zum Abführen von Wärme vom Leistungshalbleiter (16) angeordnet sind, wobei der temperaturabhängige Widerstand (18) derart thermisch vom Kühlkörper (22) isoliert ist, dass ein thermischer Widerstand (R1) eines Wärmeleitpfads (32) vom temperaturabhängigen Widerstand (18) zum Kühlkörper (22) größer ist als ein thermischer Widerstand (R3) eines Wärmeleitpfads (36) vom Leistungshalbleiter (16) zum Kühlkörper (22).
  2. Leistungsmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand (18) derart thermisch vom Kühlkörper (22) isoliert ist, dass der thermische Widerstand (R1) des Wärmeleitpfads (32) vom temperaturabhängigen Widerstand (18) zum Kühlkörper (22) größer ist als ein thermischer Widerstand (R2) eines Wärmeleitpfads (34) vom Leistungshalbleiter zum temperaturabhängigen Widerstand (18).
  3. Leistungsmodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiter (16) ein Leistungstransistor oder eine Diode ist.
  4. Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12) ein Direct-Bonded-Copper-Substrat umfasst, welches einen keramischen Isolator (24) aufweist, der zwischen einer die Trägeroberseite (14) aufweisenden oberen Kupferschicht (26) und einer die Trägerunterseite (20) aufweisenden unteren Kupferschicht (28) angeordnet ist.
  5. Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands (18) vom Kühlkörper (22) zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand (18) und dem Kühlkörper (22) ein die Trägerunterseite (20) umfassender Trägerbereich ausgespart ist, wodurch zwischen dem temperaturabhängigen Widerstand (18) und dem Kühlkörper (22) ein Luftspalt (38) vorhanden ist.
  6. Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand (18) an einem seitlichen Randbereich des Trägers (12) angeordnet ist.
  7. Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands (18) vom Kühlkörper (22) dieser an einer gegenüberliegend von dem temperaturabhängigen Widerstand (18) angeordneten Aussparungsstelle im Bereich der Trägerunterseite ausgespart ist.
  8. Leistungsmodul (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (22) unter Vermittlung einer Wärmeleitpaste mit der Trägerunterseite thermisch gekoppelt ist, wobei zur thermischen Isolierung des temperaturabhängigen Widerstands (18) vom Kühlkörper (22) in einem an die Aussparungsstelle angrenzenden Bereich keine Wärmeleitpaste vorhanden ist.
  9. Kraftfahrzeug mit einem Leistungsmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Leistungsmoduls (10) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, bei welchem an einer Trägeroberseite (14) eines Trägers (12) ein Leistungshalbleiter (16) und daneben ein temperaturabhängiger Widerstand (18) zur Temperaturmessung des Leistungshalbleiters (16) sowie an einer Trägerunterseite (20) des Trägers (12) ein Kühlkörper (22) zum Abführen von Wärme vom Leistungshalbleiter (16) angeordnet wird, wobei der temperaturabhängige Widerstand (18) derart thermisch vom Kühlkörper (22) isoliert wird, dass ein thermischer Widerstand (R1) eines Wärmeleitpfads (32) vom temperaturabhängigen Widerstand (18) zum Kühlkörper größer ist als ein thermischer Widerstand (R3) eines Wärmeleitpfads (36) vom Leistungshalbleiter (16) zum Kühlkörper (22).
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