DE102020103844A1 - Kühlvorrichtung für einen Halbleiterschalter einer elektronischen Schalteinrichtung, elektrische Anordnung sowie Verfahren - Google Patents

Kühlvorrichtung für einen Halbleiterschalter einer elektronischen Schalteinrichtung, elektrische Anordnung sowie Verfahren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (18) für einen Halbleiterschalter (16) einer elektronischen Schalteinrichtung (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Kühlkörper (26) und mit einer auf einer Kühlkörperoberseite (30) des Kühlkörpers (26) ausgebildeten Isolationsschicht (24), wobei die Kühlkörperoberseite (30) dem Halbleiterschalter (16) im angeordnetem Zustand des Halbleiterschalters (16) zugewandt ist, und mit zumindest einer Y-Kondensatoreinrichtung (28), welche zumindest bereichsweise mit dem Kühlkörper (26) kontaktiert ist, wobei auf einer der Kühlkörperoberseite (30) des Kühlkörpers (26) abgewandten Isolationsschichtoberseite (32) der Isolationsschicht (24), welche dem Halbleiterschalter (16) im angeordnetem Zustand des Halbleiterschalters (16) zugewandt ist, eine Kupferschicht (20, 22) ausgebildet ist, welche zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter (16) ausgebildet ist, wobei die Y-Kondensatoreinrichtung (28) die Kupferschicht (20, 22) zumindest bereichsweise kontaktiert. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Anordnung (14) sowie ein Verfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiterschalter einer elektronischen Schalteinrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Anordnung für eine elektronische Schalteinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung.
  • Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass beim Herstellen von Leistungselektroniken für elektronische Schalteinrichtungen, insbesondere für elektronische Schalteinrichtungen für elektrische Energiespeicher von Kraftfahrzeugen, es zwei wesentliche Optimierungskriterien gibt. Insbesondere muss eine thermische Anbindung der Halbleiterschalter entsprechend hoch sein, sodass mehr Leistung übertragen werden kann. Zudem hat die thermische Anbindung einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer und auf die Zuverlässigkeit des Halbleiterschalters. Ferner muss eine entsprechende elektromagnetische Verträglichkeit realisiert werden. Je kleiner die parasitären Kapazitäten und Induktivitäten sind und desto niederimpedanter der durch diese verursachte Stromkreis geschlossen wird, desto besser ist die elektromagnetische Verträglichkeit. Zur Erhöhung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sind insbesondere entsprechende Y-Kondensatoren an einem Kühlkörper angeordnet. Dadurch entsteht eine erhöhte Induktivität und ein erhöhter Widerstand im Stromkreis für den Abbau der durch die parasitären verursachten Spannung angeschalteten Potentiale. Dies führt zu einer EMV-Störung, welche durch kostenaufwendige Filtermaßnahmen abgeführt werden muss, um die relevanten Normen zur elektromagnetischen Verträglichkeit zu erfüllen.
  • Die DE 10 2018 000 961 A1 offenbart eine elektronische Anordnung mit Leistungsmodul, Leiterplatte und Kühlkörper, wobei das Leistungsmodul eine metallische Bodenplatte aufweist, wobei eine Isolationsschicht an der der Leiterplatte zugewandten Seite der Bodenplatte angeordnet ist, wobei an der von der Bodenplatte abgewandten Seite der Isolationsschicht metallische Leiterbahnen, insbesondere aus Kupfer, angeordnet sind, wobei Halbleiter auf den Leiterbahnen angeordnet sind, insbesondere auf der von der Isolationsschicht jeweils abgewandten Seite der Leiterbahnen, wobei die Bodenplatte direkt oder mittels einer Durchkontaktierung mit einem der Leiterplatte als Potentialausgleich fungierenden Anschlusskontakt verbindbar ist.
  • Ferner offenbart die DE 20 2010 010 647 U1 eine Y-Kondensatoreinheit für eine Halbleiterlampe, wobei die Y-Kondensatoreinheit einen Y-Kondensator aufweist, welcher dicht in einem elektrisch isolierenden Gehäuse untergebracht ist, wobei ein erster Anschluss des Y-Kondensators mit einem ersten Außenanschluss des Gehäuses elektrisch verbunden ist und ein zweiter Anschluss des Y-Kondensators mit einem zweiten Außenanschluss des Gehäuses elektrisch verbunden ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlvorrichtung, eine elektrische Anordnung sowie ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen ein verbesserter Betrieb eines Halbleiterschalters ermöglicht ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung, eine elektrische Anordnung sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiterschalter einer elektronischen Schalteinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Kühlkörper und mit einer auf einer Kühlkörperoberseite des Kühlkörpers ausgebildeten Isolationsschicht, wobei die Kühlkörperoberseite dem Halbleiterschalter im angeordneten Zustand des Halbleiterschalters zugewandt ist, und mit einer Y-Kondensatoreinrichtung, welche zumindest bereichsweise mit dem Kühlkörper kontaktiert ist.
  • Es ist vorgesehen, dass auf einer der Kühlkörperoberseite des Kühlkörpers abgewandten Isolationsschichtoberseite der Isolationsschicht, welche dem Halbleiterschalter im angeordneten Zustand des Halbleiterschalters zugewandt ist, eine Kupferschicht ausgebildet ist, welche zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter ausgebildet ist, wobei die Y-Kondensatoreinrichtung die Kupferschicht zumindest bereichsweise kontaktiert.
  • Dadurch ist es ermöglicht, dass eine verbesserte thermische Anbindung des Halbleiterschalters an die Kühlvorrichtung realisiert werden kann und gleichzeitig die elektromagnetische Verträglichkeit erhöht werden kann, da insbesondere die parasitären Ströme sehr niederimpedant geschlossen werden. Die thermische Anbindung ist dabei weiterhin gewährleistet, wobei gleichzeitig die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) steigt.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Kupferschicht eine Dicke von
    200 Mikrometern aufweist. Bei dem Kühlkörper handelt es sich um einen elektrisch leitfähigen Kühlkörper, wobei der Kühlkörper insbesondere aus Kupfer ausgebildet ist.
  • Mit anderen Worten ist der Kühlkörper, welcher insbesondere auch als Kupferträgermaterial bezeichnet werden kann, mit der Isolationsschicht bereitgestellt, wobei auf der Isolationsschicht die Kupferschicht aufgebracht ist. Auf der Kupferschicht kann der Halbleiterschalter aufgelötet werden, wobei die Kupferschicht dann auf Potential mit dem Halbleiterschalter ist. Die Y-Kondensatoreinrichtung, welche den parasitären Stromkreis schließt, ist auf der isolierten Kupferschicht und an Stellen mit dem Kupferträgermaterial angelötet. Somit wird der parasitäre Stromkreis sehr niederimpedant geschlossen. Die thermische Anbindung ist, wie bereits erwähnt, weiterhin gewährleistet.
  • Die elektrische Anordnung mit der Kühlvorrichtung ist insbesondere für den Einsatz im Kraftfahrzeug ausgebildet. Jedoch ist es selbstverständlich, dass die elektrische Anordnung auch in anderen technischen Einsatzgebieten zur Anwendung kommen kann. Der Einsatz der elektrischen Anordnung ist somit keinesfalls auf ein Kraftfahrzeug beschränkt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Isolationsschicht als eine thermisch leitfähige Isolationsschicht ausgebildet. Dadurch kann eine Kühlung des Halbleiterschalters mit dem Kühlkörper realisiert werden, wodurch eine größere Leistungsaufnahme und eine erhöhte Lebensdauer des Halbleiterschalters realisiert werden kann.
  • Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die thermisch leitfähige Isolationsschicht als Bergquist HT-Schicht ausgebildet ist. Bei der Bergquist HT-Schicht handelt es sich um eine thermisch sehr gut leitfähige Isolationsschicht, sodass eine vorteilhafte thermische Anbindung des Halbleiterschalters an dem Kühlkörper realisiert werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist an der Kontaktierung der Y-Kondensatoreinrichtung mit dem Kühlkörper die Isolationsschicht, insbesondere an dem Kühlkörper, entfernt. Beispielsweise kann mittels einer CNC-Fräse die auf dem Kühlkörper ausgebildete Isolationsschicht entfernt werden, sodass eine zuverlässige Kontaktierung der Y-Kondensatoreinrichtung mit dem Kühlkörper realisiert werden kann.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Kupferschicht ein erstes Kupferkontaktelement zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter und ein zum ersten Kupferkontaktelement isoliertes zweites Kupferkontaktelement zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter aufweist, wobei das zweite Kupferkontaktelement mit der Y-Kondensatoreinrichtung kontaktiert ist und das erste Kupferkontaktelement mit der Y-Kondensatoreinrichtung unkontaktiert ist. Beispielsweise kann der Halbleiterschalter für eine Halbbrücke ausgebildet sein. Das erste Kupferkontaktelement kann dann für das springende Potential der Halbbrücke ausgebildet sein, und das zweite Kupferkontaktelement kann beispielsweise für das statische Potential ausgebildet sein. Das statische Potential kann sowohl ein Minuspotential als auch ein Pluspotential sein. Insbesondere kann die Halbbrücke beispielsweise für einen Hochvolt-Energiespeicher ausgebildet sein, wobei dann das zweite Kupferkontaktelement als Hochvoltplus- oder als Hochvoltminus-Potential ausgebildet sein kann. Durch die Anbindung an die Y-Kondensatoreinrichtung kann insbesondere das springende Potential zurück zum statischen Potential angebunden werden, sodass eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) realisiert werden kann.
  • Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kühlvorrichtung zum Anordnen eines Leistungshalbleiterschalters ausgebildet ist. Insbesondere kann dann beispielsweise der Leistungshalbleiterschalter für einen Hochvolt-Energiespeicher ausgebildet sein. Insbesondere weist der Leistungshableiterschalter damit Eigenschaften auf, welche zum Schalten von Hochspannungen ausgebildet ist. Beispielsweise kann unter Hochspannung ein Spannungsbereich von größer 50 Volt, insbesondere größer 100 Volt, insbesondere größer 100 Volt, insbesondere größer 400 Volt ausgebildet sein. Mittels der Kühlvorrichtung können dann hohe thermische Aufwärmungen des Leistungshalbleiterschalters während des Betriebs abgefangen werden, sodass verbesserter Halbleiterschalter betrieben werden kann. Insbesondere kann eine verbesserte Leistung und eine verbesserte Lebensdauer realisiert werden.
  • Bevorzugt ist die Kühlvorrichtung für den Einsatz im Kraftfahrzeugbau, insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, ausgebildet. Bei beispielsweise voll elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen sind Spannungen für den Antrieb von höher als 400 Volt zu verzeichnen. Die Kühlvorrichtung ist insbesondere für solche Spannungen und höhere Spannungen, wie sie beispielsweise auch bei elektrische betriebenen Lastkraftwagen auftreten können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Y-Kondensatoreinrichtung zumindest bereichsweise mit dem Kühlkörper und zumindest bereichsweise mit der Kupferschicht verlötet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mittels eines Wiederaufschmelzlötverfahrens, welches auch als Reflow-Verfahren bezeichnet werden kann, die Lötverbindung hergestellt wird. Dadurch kann eine sichere und zuverlässige Verbindung zwischen der Y-Kondensatoreinrichtung und dem Kühlkörper realisiert werden.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, wenn die Kupferfolie als vorlaminierte Fasern auf die Isolationsschicht auflaminiert ist. Bei den vorlaminierten Fasern handelt es sich insbesondere um eine sogenannte Prepreg. Die Kupferfolie wird somit auf den Kühlkörper mittels des Prepregs auflaminiert. Dadurch kann auf zuverlässige Art und Weise die Kupferfolie auf den Kühlkörper aufgebracht werden.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung für eine elektronische Schalteinrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Halbleiterschalter und mit einer Kühlvorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei der Halbleiterschalter auf einer Kupferschicht aufgelötet ist, wobei die Kupferschicht auf einer Isolationsschicht an einem Kühlkörper der Kühlvorrichtung ausgebildet ist, und wobei eine Y-Kondensatoreinrichtung zumindest den Kühlkörper und die Kupferschicht bereichsweise kontaktiert. Insbesondere ist die elektronische Schalteinrichtung als Halbbrücke ausgebildet.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung nach dem vorhergehenden Aspekt, mit einer auf einer Kühlkörperoberseite des Kühlkörpers ausgebildeten thermischen Isolationsschicht. Es erfolgt ein Auflaminieren von einer als vorlaminierte Fasern ausgebildeten Kupferschicht auf eine Isolationsschichtoberseite der Isolationsschicht. Die Isolationsschicht wird von dem Kühlkörper an einer Kontaktstelle für eine Y-Kondensatoreinrichtung der Kühlvorrichtung entfernt. Es erfolgt ein Aufbringen von Lötstopplack. In einem nächsten Schritt erfolgt das Aufbringen der Kupferschicht. Dies kann insbesondere mittels des Prepreg-Verfahrens durchgeführt werden. Der Halbleiterschalter wird auf die Kupferschicht mittels eines Wiederaufschmelzlötverfahrens aufgelötet. Ferner erfolgt ein Auflöten der Y-Kondensatoreinrichtung an der Kupferschicht und an dem Kühlkörper mittels eines Wiederaufschmelzlötverfahrens. Die aufgezeigten Herstellungsschritte werden insbesondere zeitlich nacheinander durchgeführt, wobei insbesondere die beiden letzten Herstellungsschritte in ihrer dargestellten Reihenfolge auch variieren können.
  • Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Anordnung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, ausgebildet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Kühlvorrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektrischen Anordnung sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen. Ferner sind vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Kühlvorrichtung als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Herstellungsverfahrens anzusehen.
  • 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 der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt dabei die einzige Figur eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform einer elektrischen Anordnung.
  • In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figur zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist vorliegend rein schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist zumindest eine elektronische Schalteinrichtung 12 auf. Die elektronische Schalteinrichtung 12 kann beispielsweise als Halbbrücke ausgebildet sein. Die elektronische Schalteinrichtung 12 weist eine elektrische Anordnung 14 auf. Die elektrische Anordnung 14 weist einen Halbleiterschalter 16 sowie eine Kühlvorrichtung 18 auf. Der Halbleiterschalter 16 ist auf einer Kupferschicht 20, 22 angelötet, wobei die Kupferschicht 20, 22 auf einer Isolationsschicht 24 an einem Kühlkörper 26 der Kühlvorrichtung 18 ausgebildet ist. Ferner weist die Kühlvorrichtung 18 eine Y-Kondensatoreinrichtung 28 auf, welche zumindest den Kühlkörper 26 und die Kupferschicht 20, 22 bereichsweise kontaktiert.
  • Die Kühlvorrichtung 18 ist insbesondere für den Halbleiterschalter 16 der elektronischen Schalteinrichtung 12 des Kraftfahrzeugs 10 ausgebildet. Die Kühlvorrichtung 18 weist hierzu einen Kühlkörper 26 auf. Auf einer Kühlkörperoberseite 30 des Kühlkörpers 26 ist die Isolationsschicht 24 ausgebildet, wobei die Kühlkörperoberseite 30 dem Halbleiterschalter 16 im angeordneten Zustand des Halbleiterschalters 16 zugewandt ist. Die Y-Kondensatoreinrichtung 28 ist zumindest bereichsweise mit dem Kühlkörper 26 kontaktiert. Auf einer der Kühlkörperoberseite 30 des Kühlkörpers 26 abgewandten Isolationsschichtoberseite 32 der Isolationsschicht 24, welche dem Halbleiterschalter 16 im angeordneten Zustand des Halbleiterschalters 16 zugewandt ist, ist die Kupferschicht 20, 22 ausgebildet, welche zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter 16 ausgebildet ist, wobei die Y-Kondensatoreinrichtung 28 die Kupferschicht 20, 22 zumindest bereichsweise kontaktiert.
  • Wie die Figur zeigt, weist die Kupferschicht 20, 22 ein erstes Kupferkontaktelement 20 zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter 16 und ein zum ersten Kupferkontaktelement 20 isoliertes zweites Kupferkontaktelement 22 zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter 16 auf, wobei das zweite Kupferkontaktelement 22 mit der Y-Kondensatoreinrichtung 28 kontaktiert ist und das erste Kupferkontaktelement 20 mit der Y-Kondensatoreinrichtung unkontaktiert ist.
  • Insbesondere ist das zweite Kupferkontaktelement 22 somit als statisches Potential anzusehen. Beispielsweise sollte der Halbleiterschalter 16 innerhalb einer Halbbrücke angeordnet sein, so kann das zweite Kupferkontaktelement 22 mit einem Hochvoltplus- oder mit einem Hochvoltminus-Potential kontaktiert sein. Das erste Kupferelement 20 bildet insbesondere das springende Potential, sodass zwischen dem ersten Kupferkontaktelement 20 und dem Kühlkörper 26 eine parasitäre Kapazität 34 entsteht.
  • Die Figur zeigt ferner, dass die Isolationsschicht 24 als eine thermisch leitfähige Isolationsschicht 24 ausgebildet ist, wobei die thermisch leitfähige Isolationsschicht 24 insbesondere als Bergquist HT-Schicht ausgebildet ist.
  • Insbesondere zeigt die Figur ferner, dass an der Kontaktierung der Y-Kondensatoreinrichtung 28 mit dem Kühlkörper 26 die Isolationsschicht 24 entfernt ist. Beispielsweise kann dies mittels einer CNC-Fräse durchgeführt sein.
  • Der Halbleiterschalter 16 ist insbesondere als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet, sodass beispielsweise die elektronische Schalteinrichtung 12 als Halbbrücke für einen Hochvolt-Energiespeicher, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 10, ausgebildet sein kann.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Y-Kondensatoreinrichtung 28 zumindest bereichsweise mit dem Kühlkörper 26 und zumindest bereichsweise mit der Kupferschicht 20, 22 verlötet ist. Dies ist insbesondere durch Lötstellen 36 vorliegend dargestellt. Insbesondere kann auch der Halbleiterschalter 16 über eine Lötstelle 36 mit der Kupferschicht 20, 22, insbesondere mit dem ersten Kupferkontaktelement 20 und dem zweiten Kupferkontaktelement 22, jeweilig verlötet sein. Dies ist ebenfalls durch die Lötstellen 36 gekennzeichnet.
  • Die Kupferschicht 20, 22, welche beispielsweise folienartig ausgebildet ist, kann insbesondere als vorlaminierte Fasern auf die Isolationsschicht 24 auflaminiert sein. Dies kann insbesondere mittels des sogenannten Prepreg-Verfahrens durchgeführt werden.
  • Insbesondere löst die Kühlvorrichtung 18 und insbesondere die elektrische Anordnung 14 das Problem, dass eine erhöhte Induktivität und Widerstand im Stromkreis für den Abbau der durch die parasitäre Kapazität 34 verursachten Spannungen an geschalteten Potentialen zu verzeichnen wäre. Dies führt zu einer elektromagnetischen Verträglichkeits-Störung, welche durch kostenaufwendige Filtermaßnahmen abgeführt werden müssten, um entsprechende Normen zur elektromagnetischen Verträglichkeit zu erfüllen. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken, wird insbesondere auf dem Kühlkörper 26 die thermisch leitfähige Isolationsschicht 24, beispielsweise aus Bergquist-HT, bereitgestellt und darauf die Kupferschicht 20, 22 aufgebracht. Auf diese Kupferschicht 20, 22 werden die Kontaktpads, also die Kupferkontaktelemente 20, 22, des Halbleiterschalters 16 aufgelötet, welche auf Potential sind. Die Y-Kondensatoreinrichtung 28, welche den parasitären Stromkreis schließen, werden zwischen diesen isolierten Pads und Stellen, an welchen die Isolationsschicht 24 durch zum Beispiel eine CNC-Fräse entfernt wurde, aufgelötet. Somit wird der parasitäre Stromkreis sehr niederimpedant geschlossen. Eine verbesserte thermische Anbindung ist weiterhin gewährleistet.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Anordnung 14. Es erfolgt ein Bereitstellen des Kühlkörpers 26 mit einer auf der Kühlkörperoberseite 30 des Kühlkörpers 26 ausgebildeten thermischen Isolationsschicht 24. Es erfolgt ein Auflaminieren von einer als vorlaminierte Fasern ausgebildeten Kupferschicht 20, 22 auf der Isolationsschichtoberseite 32 der Isolationsschicht 24. Die Isolationsschicht 24 wird vom Kühlkörper 26 an einer Kontaktstelle 38 für die Y-Kondensatoreinrichtung 28 der Kühlvorrichtung 18 entfernt. Es erfolgt ein Aufbringen von Lötstopplack. In einem nächsten Schritt erfolgt das Aufbringen der Kupferschicht 20, 22. Mittels eines Wiederaufschmelzlötverfahrens, welches auch als Reflow-Verfahren bezeichnet werden kann, erfolgt das Auflöten des Halbleiterschalters 16 auf die Kupferschicht 20, 22. In einem weiteren Schritt erfolgt das Auflöten der Y-Kondensatoreinrichtung 28 an der Kupferschicht 20, 22 und an dem Kühlkörper 26 mittels des Wiederaufsch melzlötverfah rens.
  • Insgesamt zeigt die Erfindung eine thermisch- und EMV-optimierte Trägerplatine für Hochleistungshalbleiter.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    elektronische Schalteinrichtung
    14
    elektrische Anordnung
    16
    Halbleiterschalter
    18
    Kühlvorrichtung
    20
    erstes Kupferkontaktelement
    22
    zweites Kupferkontaktelement
    24
    Isolationsschicht
    26
    Kühlkörper
    28
    Y-Kondensatoreinrichtung
    30
    Kühlkörperoberseite
    32
    Isolationsschichtoberseite
    34
    parasitäre Kapazität
    36
    Lötstelle
    38
    Kontaktstelle
  • 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 102018000961 A1 [0003]
    • DE 202010010647 U1 [0004]

Claims (10)

  1. Kühlvorrichtung (18) für einen Halbleiterschalter (16) einer elektronischen Schalteinrichtung (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem elektrisch leitfähigen Kühlkörper (26) und mit einer auf einer Kühlkörperoberseite (30) des Kühlkörpers (26) ausgebildeten Isolationsschicht (24), wobei die Kühlkörperoberseite (30) dem Halbleiterschalter (16) im angeordnetem Zustand des Halbleiterschalters (16) zugewandt ist, und mit zumindest einer Y-Kondensatoreinrichtung (28), welche zumindest bereichsweise mit dem Kühlkörper (26) kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Kühlkörperoberseite (30) des Kühlkörpers (26) abgewandten Isolationsschichtoberseite (32) der Isolationsschicht (24), welche dem Halbleiterschalter (16) im angeordnetem Zustand des Halbleiterschalters (16) zugewandt ist, eine Kupferschicht (20, 22) ausgebildet ist, welche zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter (16) ausgebildet ist, wobei die Y-Kondensatoreinrichtung (28) die Kupferschicht (20, 22) zumindest bereichsweise kontaktiert.
  2. Kühlvorrichtung (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (24) als eine thermisch leitfähige Isolationsschicht (24) ausgebildet ist.
  3. Kühlvorrichtung (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch leitfähige Isolationsschicht (24) als Bergquist HT-Schicht ausgebildet ist.
  4. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktierung der Y-Kondensatoreinrichtung (28) mit dem Kühlkörper (26) die Isolationsschicht (24) entfernt ist.
  5. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferschicht (20, 22) ein erstes Kupferkontaktelement (20) zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter (16) und ein zum ersten Kupferkontaktelement (20) isoliertes zweites Kupferkontaktelement (22) zum Kontaktieren mit dem Halbleiterschalter (16) aufweist, wobei das zweite Kupferkontaktelement (22) mit der Y-Kondensatoreinrichtung (28) kontaktiert ist und das erste Kupferkontaktelement (20) mit der Y-Kondensatoreinrichtung (28) unkontaktiert ist.
  6. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (18) zum Anordnen eines Leistungshalbleiterschalters ausgebildet ist.
  7. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Y-Kondensatoreinrichtung (28) zumindest bereichsweise mit dem Kühlkörper (26) und zumindest bereichsweise mit der Kupferschicht (20, 22) verlötet ist.
  8. Kühlvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferschicht (20, 22) als vorlaminierte Fasern auf die Isolationsschicht (24) auflaminiert ist.
  9. Elektrische Anordnung (14) für eine elektronische Schalteinrichtung (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einem Halbleiterschalter (16) und mit einer Kühlvorrichtung (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Halbleiterschalter (16) auf einer Kupferschicht (20, 22) angelötet ist, wobei die Kupferschicht (20, 22) auf einer Isolationsschicht (24) an einem Kühlkörper (26) der Kühlvorrichtung (18) ausgebildet ist, und wobei eine Y-Kondensatoreinrichtung (28) zumindest den Kühlkörper (26) und die Kupferschicht (20, 22) bereichsweise kontaktiert.
  10. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung (14) nach Anspruch 9, mit den Schritten: - Bereitstellen eines Kühlkörpers (26) mit einer auf einer Kühlkörperoberseite (30) des Kühlkörpers (26) ausgebildeten Isolationsschicht (24); - Auflaminieren von einer als vorlaminierte Fasern ausgebildeten Kupferschicht (20, 22) auf eine Isolationsschichtoberseite (32) der Isolationsschicht (24); - Entfernen von der Isolationsschicht (24) von dem Kühlkörper (26) an einer Kontaktstelle (38) für eine Y-Kondensatoreinrichtung (28) des Kühlvorrichtung (18); - Aufbringen von Lötstopplack; - Aufbringen der Kupferschicht (20, 22); - Auflöten eines Halbleiterschalters (16) auf die Kupferschicht (20, 22) mittels eines Wiederaufschmelzlötverfahrens; und - Auflöten der Y-Kondensatoreinrichtung (28) an der Kupferschicht (20, 22) und an dem Kühlkörper (26) mittels eines Wiederaufschmelzlötverfahrens
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19900603A1 (de) 1999-01-11 2000-07-13 Bosch Gmbh Robert Elektronisches Halbleitermodul
DE10100620A1 (de) 2000-05-25 2001-12-06 Mitsubishi Electric Corp Leistungsmodul
DE202010010647U1 (de) 2010-07-26 2010-10-21 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Y-Kondensator-Einheit und Leuchtvorrichtung mit der Y-Kondensator-Einheit
DE102014211467A1 (de) 2014-06-16 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Kontaktsystem mit einer elektrisch leitfähigen Laminatfolie
DE102018000961A1 (de) 2017-02-20 2018-08-23 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Elektronische Anordnung mit Leistungsmodul, Leiterplatte und Kühlkörper

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19900603A1 (de) 1999-01-11 2000-07-13 Bosch Gmbh Robert Elektronisches Halbleitermodul
DE10100620A1 (de) 2000-05-25 2001-12-06 Mitsubishi Electric Corp Leistungsmodul
DE202010010647U1 (de) 2010-07-26 2010-10-21 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Y-Kondensator-Einheit und Leuchtvorrichtung mit der Y-Kondensator-Einheit
DE102014211467A1 (de) 2014-06-16 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Kontaktsystem mit einer elektrisch leitfähigen Laminatfolie
DE102018000961A1 (de) 2017-02-20 2018-08-23 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Elektronische Anordnung mit Leistungsmodul, Leiterplatte und Kühlkörper

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