DE102020109850A1

DE102020109850A1 - Elektronikmodul und Herstellungsverfahren für ein Elektronikmodul

Info

Publication number: DE102020109850A1
Application number: DE102020109850.2A
Authority: DE
Inventors: Josef Krammer; Ludwig Schmid; Said El-Barbari
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2021-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektronikmodul (1) mit einer Halbleiterbaueinheit (2), mit an dieser angeschlossenen elektrischen Anschlusselementen (10) und mit einem Kühlkörper (8), der einen Kühlraum (9) umfasst, in welchem die Halbleiterbaueinheit (2) mittels der Anschlusselemente (10) starr gehalten ist, wobei der Kühlraum (9) mit einem elektrisch isolierenden Kühlfluid (13) befüllbar oder befüllt ist, sodass die Halbleiterbaueinheit (2) in das Kühlfluid (13) eintauchbar oder eingetaucht ist. Die Erfindung sieht vor, dass die Halbleiterbaueinheit (2) ein Halbleiterschaltelement (3) und ein weiteres elektrisches oder elektronisches Bauelement (4, 5, 26) aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein solches Elektronikmodul (1).

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Elektronikmodul sowie gemäß Patentanspruch 9 ein Herstellungsverfahren für ein Elektronikmodul.
Im technischen Gebiet der Elektronik, insbesondere für Kraftfahrzeuge, liegt heutzutage eine Vielzahl von Zielkonflikten bei der Auslegung von Elektronikkomponenten vor. So ist beispielsweise eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu gewährleisten, was aber dem Bedarf von immer höheren elektrischen Leistungen in begrenztem Bauraum und bei geringem Gewicht entgegensteht. Die hierfür nötigen hohen Schaltfrequenzen mit damit einhergehenden hohen Strom- und Spannungsänderungsgeschwindigkeiten sollen bestenfalls über besonders kurze Leitungsabschnitte des entsprechenden Elektronikbauteils erfolgen, wobei einer solchen Miniaturisierung jedoch Grenzen gesetzt sind, da eine mit diesen Strom- und Spannungsänderungsgeschwindigkeiten einhergehende Verlustleistung abzuführen ist, wofür besonders große Kühlflächen notwendig sind. Besonders auf dem Gebiet der Gleichspannungswandler, insbesondere Aufwärtswandler, ist dies problematisch, da Strom-Kommutierungen mittels vier miteinander verschalteter Elemente (ein Schaltelement, eine Diode, ein Kondensator und eine Spule) erfolgen. Derartige Schaltungen mit kleinen Induktivitäten bzw. Kapazitäten erfordern hohe Schaltfrequenzen. Niedrige (Schalt-)Verluste erfordern sehr steile Schaltflanken. Diese sind zwar mit modernen Leistungshalbleitern (Siliziumkarbid und Galliumnitrid) möglich, doch Leitungselemente des das Schaltelement, die Diode und den Kondensator aufweisenden inneren Kreises des Spannungswandlers weisen parasitäre Induktivitäten auf, was zu Spannungsspitzen und infolgedessen zur Zerstörung der Bauelemente führen kann.
So wird von der Fachwelt weiterhin ein optimaler Kompromiss zwischen parasitären Induktivitäten und optimaler Kühlanbindung gesucht, etwa mittels innovativer Halbleitergehäuse. Darüber hinaus ist es bekannt, Leistungshalbleiter zu einer Funktionseinheit, insbesondere zusammen mit Beschaltungselementen, in ein gemeinsames Gehäuse zu integrieren (sogenannte Power-Module). So wird versucht, die Verbindungslängen zwischen den Halbleitern zu minimieren und eine gemeinsame Anbindung der Funktionseinheit, insbesondere zusammen mit den Beschaltungselementen, an das Kühlelement (beispielsweise einen Heat Spreader) zu erreichen.
Ferner weist ein Wärmerohr („Heatpipe“) eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit in Längsrichtung auf. Bekannt ist der Einsatz von Wärmerohren beispielsweise aus Computern, um Wärme möglichst effizient von der Wärmequelle, beispielsweise einer Prozessoreinheit, hin zu einer Kühleinheit, beispielsweise einem Lüfter, zu leiten. In dem Wärmerohr liegt ein Kühlmedium sowohl dampfförmig als auch flüssig vor. In einer Heizzone des Wärmerohres wird das flüssige Kühlmedium aufgrund der Abwärme der zu kühlenden Komponente verdampft und strömt, insbesondere in Längsrichtung des Wärmerohrs, hin zu einer Kühlzone des Wärmerohrs. Dort erfolgt aufgrund der Kühlung eine Kondensation des Kühlmediums, wobei die durch das dampfförmige Kühlmedium transportierte Wärme nach außen abgegeben wird. Das in der Kühlzone kondensierte Kühlmedium - also das nun flüssige Kühlmedium - bewegt sich wieder zurück zur Heizzone, beispielsweise aufgrund der Kapillarwirkung und/oder der Schwerkraft.
Problematisch ist hierbei der Wärmeeintrag in das Kühlmedium auf der einen Seite, sowie die Kühlung bzw. Verflüssigung auf der anderen Seite, da dazu entsprechende Wärmeübergangswiderstände zu überwinden sind, die sich negativ auf eine Effizienz des Wärmerohrs auswirken. Um diesem Problem Herr zu werden, wird bereits das Konzept verfolgt, dass zu kühlende Bauteil direkt in das Wärmerohr, insbesondere in eine Flüssigphase eines nichtleitenden Mediums (zum Beispiel Ethanol) einzubringen. Hierbei minimieren sich aber Anschlusslängen für die heutzutage geforderten besonders hohen Strom- und Spannungsänderungsgeschwindigkeiten nur geringfügig. Daneben wäre ein Wärmerohr, in das ein heutzutage übliches Funktionsmodul integriert werden müsste, besonders raumgreifend und schwer.
Die DE 10 2016 218 817 A1 offenbart ein elektronisches Leistungsmodul, umfassend wenigstens ein Halbleiterbauelement, das auf einem Träger angeordnet ist, wobei das Halbleiterbauelement zwischen zwei flächigen leitfähigen Trägern angeordnet ist, die in einem von einem isolierenden Kühlmittel durchströmbaren Gehäuse aufgenommen sind und mit Kontaktabschnitten aus dem Gehäuse herausgeführt sind.
Ferner offenbart die DE 10 2016 218 420 A1 ein Leistungsmodul mit mindestens einem Kühlkanal und mindestens einem Leistungsbauteil, bei welchem das Leistungsbauteil im Kühlkanal angeordnet ist und einerseits mittels eines zumindest teilweise im Kühlkanal angeordneten ersten mit offenporigem Material gebildeten Kontaktstücks elektrisch kontaktiert ist und andererseits entwärmbar angeordnet und vorzugsweise elektrisch kontaktiert ist.
Überdies offenbart die EP 3 401 956 A1 ein Leistungshalbleitermodul für ein Kraftfahrzeug, wobei mehrere ungehäuste Leistungshalbleiterchips vorgesehen sind, die von einer durch eine Kühlflüssigkeitszuleitung in das Leistungshalbleitermodul eingeleiteten Kühlflüssigkeit unmittelbar umströmbar angeordnet sind, wobei ein Trägerelement vorgesehen ist, auf welchem die Leistungshalbleiterchips angeordnet sind, wobei das Trägerelement einen Kühlkörper mit wenigstens einem durch die Kühlflüssigkeit durchströmbaren Kühlkanal aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein besonders vielseitig einsetzbares, besonders effizient betreibbares und besonders einfach herstellbares Elektronikmodul sowie ein Herstellungsverfahren dafür bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Elektronikmodul mit den im Patentanspruch angegebenen Merkmalen gelöst. Darüber hinaus wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Elektronikmoduls anzusehen und umgekehrt. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Elektronikmodul weist eine Halbleiterbaueinheit sowie an dieser angeschlossene elektrische Anschlusselemente auf. Des Weiteren weist das Elektronikmodul einen Kühlkörper auf, der einen Kühlraum umfasst, in welchem die Halbleiterbaueinheit mittels der Anschlusselemente starr gehalten ist. Der Kühlraum ist mit einem elektrisch isolierenden Kühlfluid befüllbar oder befüllt. Das bedeutet, dass, wenn der Kühlraum mit dem elektrisch isolierenden Kühlfluid befüllt ist, die Halbleiterbaueinheit, insbesondere vollständig, in das Kühlfluid getaucht bzw. eingetaucht ist. Anders ausgedrückt erfolgt das Eintauchen der Halbleiterbaueinheit in das Kühlfluid, indem der Kühlraum mit dem Kühlfluid befüllt/aufgefüllt wird.
Um nun das Elektronikmodul besonders vielseitig einsetzbar und besonders effizient betreibbar auszubilden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Halbleiterbaueinheit zumindest ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen Transistor, und zumindest ein weiteres elektrisches oder elektronisches Bauelement aufweist.
Für eine besonders effiziente Kühlung der Halbleiterbaueinheit ist es insbesondere vorgesehen, dass die Halbleiterbaueinheit zumindest ein Bauelement aufweist, das in Bare-Die-Bauweise ausgebildet ist. Das bedeutet, dass beispielsweise das Halbleiterschaltelement bzw. der Transistor und/oder das zumindest eine weitere elektrische oder elektronische Bauelement in Bare-Die-Bauweise ausgeführt sein können/kann.
Da die Halbleiterbaueinheit in direkten bzw. unmittelbaren Kontakt mit dem Kühlfluid gebracht ist oder bringbar ist, ist eine besonders effiziente Kühlung der Halbleiterbaueinheit bzw. des Halbleiterschaltelements und/oder des zumindest einen weiteren elektrischen oder elektronischen Bauteils gewährleistet. Infolgedessen ist es ermöglicht, die Anschlusselemente besonders kurz auszuführen, sodass die Halbleiterbaueinheit mit besonders hohen Strom- und Spannungsänderungsgeschwindigkeiten und/oder Frequenzen betreibbar ist, wobei eine effiziente Kühlung gewährleistet bleibt. Mit anderen Worten ist eine besonders starke Miniaturisierung von Elektronik mittels des erfindungsgemäßen Elektronikmoduls ermöglicht, wodurch ein Einsatz bzw. Betreiben der Halbleiterbaueinheit im Inneren eines Wärmerohres denkbar ist.
In weiterer Ausgestaltung des Elektronikmoduls ist vorgesehen, dass das Halbleiterschaltelement der Halbleiterbaueinheit ein Schaltelement eines Spannungswandlers bildet. Üblicherweise weist ein Spannungswandler, insbesondere Gleichspannungswandler einen inneren Stromkreis auf, in welchen das Schaltelement, eine Diode sowie ein Kondensator integriert sind. Denn bei dem Spannungswandler bzw. Gleichspannungswandler kann es sich beispielsweise um einen Aufwärtswandler handeln. Ein Schaltbild eines solchen Aufwärtswandlers ist in 2 dargestellt.
Wie bereits eingangs erwähnt, erfolgt eine jeweilige Strom-Kommutierung im inneren Kreis des Aufwärtswandlers, das heißt mittels des Schaltelements, der Diode und des Kondensators. Da die Halbleiterbaueinheit nun in das elektrisch isolierende Kühlfluid eintauchbar oder eingetaucht ist, sind die Bauelemente der Halbleiterbaueinheit, das bedeutet das Halbleiterschaltelement und das zumindest eine weitere elektrische oder elektronische Bauelement, besonders effizient kühlbar, wodurch eine verbleibende Verlustleistung jener Bauelemente besonders effizient abgeführt werden kann. Insbesondere wenn die Halbleiterbaueinheit Komponenten aufweist, die in der Bare-Die-Bauweise gestaltet sind, sind darüber hinaus große Kühlflächen bzw. Kühlkörper für eine besonders effiziente Kühlung der Halbleiterbaueinheit nicht notwendig. Aufgrund der Möglichkeit der besonders starken Miniaturisierung des Spannungswandlers bzw. Aufwärtswandlers kann dieser in vorteilhafter Weise in ein Wärmerohr integriert werden.
Es hat sich weiter als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Halbleiterbaueinheit ein Strömungsantriebselement für das isolierende Kühlfluid bildet. Denn um einen besonders effizienten Wärmeabtrag von der Halbleiterbaueinheit zu gewährleisten, ist es wünschenswert, dass das isolierende Kühlfluid in dem Kühlraum nicht steht, sondern strömt. Besonders effizient wird Abwärme von den Bauelementen der Halbleiterbaueinheit abgeführt, wenn die Halbleiterbaueinheit konstant von möglichst kaltem Kühlfluid angeströmt bzw. umströmt wird. Gemäß natürlichen physikalischen Prinzipien ist ein erwärmter Anteil des Kühlfluids weniger dicht als ein kälterer Anteil des Kühlfluids, sodass der erwärmte Anteil des Kühlfluids bestrebt ist, aufzusteigen, während der kältere Anteil des Kühlfluids absinkt. Hierdurch entsteht ein Strom aus Kühlfluid, wobei der erwärmte Anteil des Kühlfluids abkühlt, indem er aufsteigt und der kältere Anteil des Kühlfluids erwärmt wird, wenn er absinkt, insbesondere in die Nähe einer Wärmequelle absinkt. Diese Wärmequelle ist durch die zu kühlenden Bauelemente der Halbleiterbaueinheit, also insbesondere das Halbleiterschaltelement und das zumindest eine weitere elektrische oder elektronische Bauelement gebildet.
Um einen besonders vorteilhaften Kühlfluidstrom in dem Kühlraum zu etablieren, ist es von besonderem Vorteil, wenn Bauelemente der Halbleiterbaueinheit, die vergleichsweise viel Wärme abgeben bzw. hohen Kühlbedarf haben, nahe an einem Grund des Kühlraums angeordnet sind, wohingegen Bauelemente der Halbleiterbaueinheit, die einen vergleichsweise geringen Kühlbedarf haben, entfernt von dem Grund des Kühlraums (das heißt positionell weiter oben) angeordnet sind. Auf diese Weise kann auf ein herkömmliches Strömungsantriebselement, etwa eine Pumpe, verzichtet werden, wobei dennoch ein besonders effizienter Kühlfluidstrom erreicht ist, um das Elektronikmodul besonders effizient zu kühlen.
Insbesondere - aber nicht nur dann - wenn die Halbleiterbaueinheit als der (bereits erwähnte) Aufwärtswandler ausgebildet ist, umfasst die Halbleiterbaueinheit das Halbleiterschaltelement bzw. den Transistor, die Diode, den Kondensator und eine Spule. Weist die Halbleiterbaueinheit bzw. der Aufwärtswandler nun kleine parasitäre Induktivitätswerte und kleine Kapazitätswerte auf, tritt in dem inneren Kreis des Spannungswandlers bzw. Aufwärtswandlers eine besonders hochfrequente Wechselspannung mit steilen Schaltflanken auf, die für eine möglichst vorteilhafte elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) günstig ist. Um nun eine besonders günstige elektromagnetische Verträglichkeit, das bedeutet besonders kleine parasitäre Induktivitäten und/oder schwache elektromagnetische und/oder elektromagnetische Felder zu erreichen, ist es in weiterer Ausgestaltung des Elektronikmoduls vorgesehen, dass ein jeweiliger Querschnitt des jeweiligen Anschlusselements die Form eines flachen Rechtecks aufweist. Anders ausgedrückt ist das jeweilige Anschlusselement als ein Flachleiter ausgebildet. Denn eine Größe und/oder eine Stärke des elektrischen, magnetischen und/oder elektromagnetischen Felds hängt maßgeblich von einer Geometrie des Querschnitts des entsprechenden Leitungselements ab. Ein besonders flacher und gleichzeitig besonders breiter Querschnitt hat sich in diesem Zusammenhang als besonders günstig erwiesen.
Das Elektronikmodul kann des Weiteren ein Trägerelement aufweisen, welches, indem es an dem Kühlkörper befestigt ist, den Kühlraum und dessen Umgebung gegeneinander fluidisch abdichtet, wobei sich die Anschlusselemente durch das Trägerelement hindurch erstrecken. Auf diese Weise erfüllt das Trägerelement eine Doppelfunktionalität. Denn zum einen ist mittels des Trägerelements die Halbleiterbaueinheit starr, das heißt positionsfest, in dem Kühlraum des Kühlkörpers gehalten. Hierdurch ist vermieden, dass die Halbleiterbaueinheit in unerwünschter Weise an eine Innenwand des Kühlkörpers bzw. Kühlraums anschlägt, beispielsweise, wenn das Elektronikmodul Erschütterungen und/oder Beschleunigungen unterworfen werden sollte. Zum anderen dient das Trägerelement als Dichtelement für den Kühlraum, sodass wirksam verhindert ist, dass das Kühlfluid in unerwünschter Weise aus dem Kühlraum austritt und/oder Luft aus der Umgebung des Elektronikmoduls in den Kühlraum eintritt bzw. eindringt.
Da das Trägerelement elektrisch isolierend bzw. elektroisolierend ausgebildet ist, ist ein Kurzschluss zwischen den einzelnen Anschlusselementen ebenfalls wirksam verhindert.
„Fluidisch dicht“ bedeutet, dass Maßnahmen getroffen wurden, aufgrund derer ein Austreten und ein Eindringen eines Fluids, also einer Flüssigkeit und/oder eines Gases, auch bei auftretenden Druckunterschieden, zwischen den fluidisch voneinander abgedichteten Bereichen/Räumen verhindert ist.
Das Trägerelement weist in weiterer Ausgestaltung einen elektrisch isolierenden Grundkörper auf, dessen Außenoberfläche teilweise mit einem metallischen Material bedeckt ist. Mit anderen Worten ist das metallische Material direkt bzw. unmittelbar an dem Grundkörper angebracht, zum Beispiel ist der Grundkörper damit beschichtet, bedampft etc. Um die elektroisolierende Wirkung des Trägerelements zu gewährleisten - selbst wenn das Trägerelement die metallische Beschichtung aufweist -, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein elektrisch nicht leitendes metallisches Material für die Beschichtung des Grundkörpers herangezogen wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement Isolationsbereiche aufweist, die von der Beschichtung ausgenommen sind. Insbesondere sind Durchtrittsöffnungen des Trägerelements, durch welche sich die Anschlusselemente hindurch erstrecken, von der Beschichtung ausgenommen, das heißt überhaupt nicht beschichtet worden oder von der metallischen Schicht befreit worden. Ferner können die Isolationsbereiche mit einem Material beschichtet sein, das zum einen elektrisch isolierend ist und zum anderen ein Befestigen der Anschlusselemente, etwa ein Einlöten derselben, begünstigt.
Das auf die Außenoberfläche direkt aufgebrachte, metallische Material ermöglicht eine besonders einfache und insbesondere fluiddichte Befestigung des Trägerelements an dem Kühlkörper, insbesondere an dem Kühlraum. Denn es können Verbindungstechniken eingesetzt werden, die aus der Metallverbindungstechnik bekannt sind, beispielsweise Löten, Schweißen etc.
Der Kühlkörper kann weiter einen Wärmeübertragungsabschnitt aufweisen, der mittels einer Befestigungseinrichtung in einen von einem Kühlmedium durchströmbaren Kühlkanal einer von dem Elektronikmodul unterschiedlichen Komponente eintauchbar ist. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass der Kühlkörper des Elektronikmoduls in einem eingebauten Zustand des Elektronikmoduls in den Kühlkanal der von dem Elektronikmodul unterschiedlichen Komponente hineinragt, sodass zumindest der Wärmeübertragungsabschnitt von dem Kühlmedium umströmt wird, wenn der Kühlkanal entsprechend mit diesem Kühlmedium befüllt ist und das Kühlmedium entsprechend angetrieben wird. Auf diese Weise ist ein besonders günstiger bzw. effizienter Wärmeabtransport von der Halbleiterbaueinheit über das Kühlfluid, über den Wärmeübertragungsabschnitt und über das Kühlmedium gewährleistet. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die Befestigungseinrichtung Teil der von dem Elektronikmodul unterschiedlichen Komponente oder Teil des Elektronikmoduls, insbesondere des Kühlkörpers ist. Alternativ hierzu kann die Befestigungseinrichtung durch zwei voneinander unterschiedlich bzw. separat ausgebildete Befestigungselemente gebildet sein, wobei eines der Befestigungselemente Teil der von dem Elektronikmodul unterschiedlichen Komponente ist und das andere der Befestigungselemente Teil des Elektronikmoduls ist. Sind die beiden Befestigungselemente, die miteinander korrespondieren, bestimmungsgemäß aneinander befestigt, ist das Elektronikmodul, insbesondere dessen Kühlkörper, in dem Kühlkanal sicher gehalten.
Um das Elektronikmodul noch kompakter ausbilden zu können, kann eine Innenumfangsfläche des Kühlkörpers, insbesondere des Kühlraums und/oder des Wärmeübertragungsabschnitts, zumindest teilweise mit einer elektroisolierenden Isolierungsschicht bedeckt sein. Mit anderen Worten ist die Isolierungsschicht direkt bzw. unmittelbar an die Innenumfangsfläche angebracht. Der Isolationsabstand ist eine räumliche Distanz zwischen zwei elektrisch leitfähigen Flächen, zum Beispiel Leiteroberflächen etc. Diese räumliche Distanz ist umso größer, je höher die Spannung ist, die zumindest an einer der beiden elektrisch leitfähigen Flächen anliegt. Wird der minimale Isolationsabstand unterschritten, kann es in unerwünschter Weise zu einem Spannungsüberschlag („Lichtbogen“) kommen, der einer Betriebssicherheit der jeweiligen Elektronikkomponente entgegensteht. Der minimale Isolationsabstand, bei dem der Spannungsüberschlag bzw. Lichtbogen noch vermieden ist, kann in zulässiger Weise verringert werden, wenn zwischen die beiden elektrisch leitfähigen Flächen ein Isolator eingebracht wird, wie es an der Innenumfangsfläche des Kühlkörpers durch die elektroisolierende Isolierungsschicht erfolgen kann.
Die elektroisolierende Isolierungsschicht kann hierbei zumindest teilweise durch das elektroisolierende Kühlfluid gebildet sein. Optional kann die elektroisolierende Isolierungsschicht die Innenumfangsfläche des Kühlkörpers bedecken, indem ein elektroisolierendes Material, das unterschiedlich ist von dem Kühlfluid, direkt bzw. unmittelbar an die Innenumfangsfläche angebracht ist, beispielsweise kann die Innenumfangsfläche mit dem elektrisch isolierenden Material bedampft sein, beschichtet sein etc.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

In einem ersten Schritt erfolgt ein Einlegen eines ersten Verbindungsabschnitts eines Anschlusselements in ein Haltewerkzeug.
In einem zweiten Schritt erfolgt ein Auflegen eines ersten Abstandswerkzeugs auf den ersten Verbindungsabschnitt.
In einem dritten Schritt erfolgt ein Auflegen eines zweiten Verbindungsabschnitts auf das erste Abstandswerkzeug.
In einem vierten Schritt erfolgt ein Auflegen zumindest eines ersten Bauelements auf den ersten und/oder den zweiten Verbindungsabschnitt.
In einem fünften Schritt erfolgt das Auflegen eines dritten Verbindungsabschnitts auf das zumindest eine erste Bauelement, welches als Abstandshalter dient, über welchen der zweite Verbindungsabschnitt und der dritte Verbindungsabschnitt voneinander beabstandet sind.
In einem sechsten Schritt erfolgt ein Einsetzen der genannten Bauelemente und der Verbindungsabschnitte in einen Kühlraum eines Kühlkörpers.

Es ist zu verstehen, dass das Verfahren zum Herstellen des Elektronikmoduls noch weitere Schritte aufweisen kann. Ferner ist zu verstehen, dass die hierin angegebene Reihenfolge lediglich beispielhaft ist. Mit anderen Worten können die zuvor beschriebenen Schritte in von der hierin beschriebenen Reihenfolge abweichen.
Mittels dieses Verfahrens ist das Elektronikmodul - insbesondere das zuvor beschriebene Elektronikmodul - besonders einfach und/oder aufwandsarm herstellbar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens weist dieses noch weitere Schritte auf.
In einem siebten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen eines Trägerelements, durch welches sich Kontaktabschnitte der Anschlusselemente hindurch erstrecken.
In einem achten Schritt erfolgt ein Einsetzen eines Trägerelements in das Haltewerkzeug, wobei sich ein jeweiliger der Kontaktabschnitte und ein entsprechend zugeordneter der Verbindungsabschnitte aufgrund des Einsetzens des Trägerelements berühren, insbesondere direkt bzw. unmittelbar berühren.
In einem neunten Schritt erfolgt ein Herstellen einer jeweiligen elektrisch leitenden mechanischen Verbindung zwischen dem jeweiligen der Kontaktabschnitte und dem entsprechend zugeordneten der Verbindungsabschnitte.
Bei dem Einsetzen des Trägerelements ist insbesondere vorgesehen, dass sich die Kontaktabschnitte und die entsprechend zugeordneten Verbindungsabschnitte gleichzeitig berühren. Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass die Kontaktabschnitte und die Verbindungsabschnitte relativ zueinander in Position ortsfest gehalten werden, sobald das Trägerelement für das Herstellen des Elektronikmoduls vollständig in das Haltewerkzeug eingesetzt ist. Mit anderen Worten werden die Kontaktabschnitte und die Verbindungsabschnitte relativ zueinander und einander berührend gehalten, wenn das Trägerelement in dem Haltewerkzeug gehalten wird oder ist. Auf diese Weise ist eine noch effizientere und/oder noch aufwandsärmere Herstellung des Elektronikmoduls bereitgestellt.
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.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Elektronikmoduls;
2 einen Schaltplan eines Aufwärtswandlers;
3 eine schematische Seitenansicht einer Halbleiterbaueinheit mit Anschlusselementen;
4 eine schematische Ansicht einer von dem Elektronikmodul unterschiedlichen Komponente mit einem Kühlkanal; und
5 bis
11 in schematischer Ansicht Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Elektronikmoduls.

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in schematischer Ansicht ein Elektronikmodul 1, das eine Halbleiterbaueinheit 2 aufweist. Die Halbleiterbaueinheit 2 weist vorliegend ein als ein Transistor 3 ausgebildetes Halbleiterschaltelement sowie ein weiteres elektrisches oder elektronisches Bauelement auf, das im vorliegenden Beispiel als ein Kondensator 4 ausgebildet ist. Darüber hinaus weist die Halbleiterbaueinheit 2 noch ein weiteres elektrisches oder elektronisches Bauelement auf, das im vorliegenden Beispiel als eine Diode 5 ausgebildet ist. Die Bauelemente der Halbleiterbaueinheit 2, das bedeutet der Transistor 3, der Kondensator 4 und die Diode 5, bilden miteinander einen inneren Kreis 6 eines Spannungswandlers, insbesondere Aufwärtswandlers 7 (siehe 2). Hierzu sind die Bauelemente 3, 4, 5 gemäß dem in 2 gezeigten Schaltplan miteinander verschaltet. Diese Verschaltung spiegelt sich in der schematischen Ansicht des Elektronikmoduls 1 gemäß 1 wider.
Das Elektronikmodul 1 weist des Weiteren einen Kühlkörper 8 auf, der einen Kühlraum 9 umfasst, in welchem die Halbleiterbaueinheit 2 angeordnet ist. Die Halbleiterbaueinheit 2 ist in dem Kühlraum 9 durch Anschlusselemente 10 starr gehalten. Die Anschlusselemente 10 sind jeweils mit der Halbleiterbaueinheit 2, insbesondere mit einem jeweiligen der Bauelemente 3, 4, 5 mechanisch verbunden, beispielsweise an diese angelötet oder anderweitig mechanisch daran befestigt. Die elektrischen Anschlusselemente 10 umfassen ein elektrisch leitfähiges Material, wodurch die Anschlusselemente 10 elektrisch leitfähig ausgebildet sind. Aufgrund der mechanischen Verbindung zwischen den Anschlusselementen 10 und der Halbleiterbaueinheit 2 ist diese ortsfest in dem Kühlraum 9 gehalten. Hierzu weisen die elektrischen Anschlusselemente 10 einen jeweiligen Verbindungsabschnitt 11 auf, der in den Kühlraum 9 hineinragt, sowie einen jeweiligen Kontaktabschnitt 12, der aus dem Kühlraum 9 herausragt. Ein jeweiliger Verbindungsabschnitt 11 und ein jeweiliger Kontaktabschnitt 12 bilden miteinander ein jeweiliges Anschlusselement 10. Das bedeutet, dass der Verbindungsabschnitt 11 und der Kontaktabschnitt 12 mechanisch und elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.
Der Kühlraum 9 des Elektronikmoduls 1 ist mit einem elektrisch isolierenden Kühlfluid 13 befüllbar, im vorliegenden Beispiel befüllt. Da der Kühlkörper 8 ein den Kühlraum 9 definierendes Gehäuseelement 14 aufweist, welches mittels eines Dichtelements 15 gegen eine Umgebung des Kühlraums 9 abgedichtet ist, verbleibt das Kühlfluid 13 im Kühlraum 9. Um sicherzustellen, dass das Kühlfluid 13 in dem Kühlraum 9 verbleibt, selbst wenn das Elektronikmodul 1 bzw. der Kühlkörper 8 beliebig rotiert wird, ist an einem Ende des Kühlkörpers 8, das dem mit dem Dichtelement 15 versehenen Ende 16 gegenüberliegt, ein weiteres Dichtelement vorgesehen (nicht dargestellt). Das Dichtelement ist insbesonder durch einen kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Verschluss des dem Ende 16 gegenüberliegenden Endes realisierbar, etwa durch ein Quetschen, ein Verschweißen etc.
In 1 ist zu erkennen, dass die Halbleiterbaueinheit 2 des Elektronikmoduls 1 vollständig von dem Kühlfluid 13 umgeben ist. Das bedeutet, dass die Halbleiterbaueinheit 2 vollständig in das Kühlfluid 13 eingetaucht ist, sofern der Kühlraum 9 mit dem Kühlfluid 13 befüllt bzw. aufgefüllt ist.
Es ist vorgesehen, dass der Transistor 3, der Kondensator 4 und/oder die Diode 5 jeweils kein elektrisch isolierendes Gehäuse und keine elektrisch isolierende Beschichtung umfassen. Das bedeutet, dass der Transistor 3, der Kondensator 4 und/oder die Diode 5 gemäß der sogenannten Bare-Die-Bauweise ausgebildet sind. Neben einer besonders masseeffizienten Herstellung des Elektronikmoduls aufgrund der Bare-Die-Bauweise ist hierdurch des Weiteren ein besonders effizienter Wärmeabtransport gewährleistet, indem die Halbleiterbaueinheit 2 von dem Kühlfluid 13 umströmt wird. Hierzu ist vorgesehen, dass die Halbleiterbaueinheit 2 ein Strömungsantriebselement für das elektrisch isolierende Kühlfluid 13 bildet. Indem das Kühlfluid 13 mittels eines Bauelements der Halbleiterbaueinheit 2, insbesondere mittels des Transistors 3 und der Diode 5, im Betrieb desselben bzw. aufgrund des Betriebs desselben erwärmt wird, verringert sich eine Dichte des Kühlfluids 13 in einem Wärmeabgabebereich 17 des Kühlfluids 13 bzw. der Halbleiterbaueinheit 2. Insbesondere verringert sich die Dichte des Kühlfluids 13 in dem Wärmeabgabebereich 17 derart schnell, dass es zu einem Sieden des Kühlfluids 13 an dem Transistor 3 kommt. Hierdurch steigt das Kühlfluid 13, insbesondere in Dampfform bzw. unter Blasenbildung, auf, was in 1 durch die dort eingezeichneten Dampfblasen 18 visualisiert ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nur einige wenige der Dampfblasen 18 mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen. In weiterer Folge löst sich Dampf 18a der Dampfblasen 18 aus der flüssigen Phase des Kühlfluids 13 und steigt in einen Kondensationsbereich 19 des Kühlraums 9, wo der aufgestiegene Dampf 18a mit einer Innenumfangsfläche 20 des Kühlraums 9 bzw. Kühlkörpers 8 in Berührung kommt, und dort, das heißt an der Innenumfangsfläche 20, kondensiert. Der aufgestiegene Dampf 18a bildet eine Dampfphase des Kühlfluids 13 im Inneren des Kühlraums 9 und geht unter dem Kondensieren an der Innenumfangsfläche 20 in eine Flüssigphase des Kühlfluids 13 über. Entlang der Innenumfangsfläche 20 fließt dann das rekondensierte Kühlfluid 13 wieder zurück, das heißt in Richtung hin zu dem Wärmeabgabebereich 17.
Innerhalb der Flüssigphase des Kühlfluids 13 ist im Betrieb der Halbleiterbaueinheit 2 bzw. im Betrieb des Elektronikmoduls 1 eine durch die gestrichelten Pfeile 21, 22 angedeutete Strömung geschaffen, sodass die Halbleiterbaueinheit 2, insbesondere deren Bauelemente 3, 4, 5, sowie deren Anschlusselemente 10 besonders effizient durch das Kühlfluid 13 angeströmt bzw. von diesem umströmt werden. Denn erwärmtes Kühlfluid 13, das aber nicht verdampft, steigt aufgrund seiner geringeren Dichte innerhalb der Flüssigphase des Kühlfluids 13 unter einem Abkühlen auf, solange, bis seine aufgrund des Abkühlens wieder zunehmende Dichte derart erhöht ist, dass es nach unten sinkt, insbesondere in einen Kühlbereich 23 des Kühlfluids 13 bzw. des Kühlraums 9. Diese vorliegend als Zirkulation ausgebildete Strömung 21, 22 wird durch einen kombinierten Effekt hervorgerufen, der durch den Dichteunterschied des Fluids und durch den aufsteigenden Effekt der Dampfblasen angetrieben wird. Dadurch das Strömungsantriebselement ausgebildet.
Es ist des Weiteren ein elektroisolierendes Trägerelement 24 vorgesehen, das vorliegend das Dichtelement 15 umfasst bzw. das Dichtelement 15 bildet. Andersherum bildet das Dichtelement 15 das Trägerelement 24. Das bedeutet, dass das Trägerelement 24 bzw. das Dichtelement 15, in dem es an dem Kühlkörper 8, insbesondere an dem Ende 16 des Kühlkörpers 8 befestigt ist, den Kühlraum 9 und dessen Umgebung gegeneinander fluidisch abdichtet. Das bedeutet, dass das Kühlfluid 13 aufgrund des Trägerelements 24 bzw. aufgrund des Dichtelements 15 nicht in unerwünschter Weise aus dem Kühlraum 9 herausfließen kann. Die Anschlusselemente 10 erstrecken sich durch das Trägerelement 24 bzw. durch das Dichtelement 15 hindurch. Hierzu weist das Trägerelement 24 bzw. das Dichtelement 15 eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen 25 auf, die einer Anzahl der Anschlusselemente 10 entspricht. Mit anderen Worten weist das Trägerelement 24 bzw. das Dichtelement 15 genauso viele Durchtrittsöffnungen 25 auf wie das Elektronikmodul 1 Anschlusselemente 10 umfasst.
Die jeweilige Durchtrittsöffnung 25 ist im Zusammenspiel mit dem entsprechenden Anschlusselement 10 fluidisch dicht, sodass das Kühlfluid 13 gegen ein Herausfließen aus dem Kühlraum 9 über die jeweilige Durchtrittsöffnung 25 gesichert ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die jeweilige Durchtrittsöffnung 25 und das entsprechend zugeordnete Anschlusselement 10 miteinander stoffflüssig verbunden sind, beispielsweise kann das entsprechend zugeordnete Anschlusselement 10 in der Durchtrittsöffnung 25 mit dieser verklebt sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Anschlusselement 10 und die diesem entsprechend zugeordnete Durchtrittsöffnung 25 miteinander verlötet sind. Das Lötzinn bzw. der Klebstoff füllen dann zusammen mit dem entsprechenden Anschlusselement 10 den durch die Durchtrittsöffnung 25 geschaffenen Freiraum fluidisch dicht aus.
2 zeigt einen Schaltplan des Aufwärtswandlers 7, der eine beispielhafte Ausführungsform der Halbleiterbaueinheit 2 darstellt. Es ist zu erkennen, dass der Transistor 3, der Kondensator 4 und die Diode 5 gemeinsam in den inneren Kreis 6 des Aufwärtswandlers 7 integriert miteinander verschaltet sind. Es ist des Weiteren zu erkennen, dass der Aufwärtswandler 7 eine Spule 26 aufweist, die zumindest teilweise ebenfalls in dem Kühlraum 9 angeordnet sein kann. Die Zuleitungen zur Halbleiterbaueinheit 2 stellen Induktivitäten dar. Diese parasitären Induktivitäten können funktional als Teil der Spule 26 betrachtet werden. Damit können lange Anschlussleitungen außerhalb des inneren Kreises 6 gut beherrscht werden.
3 zeigt in schematischer Seitenansicht die Halbleiterbaueinheit 2 mit den Anschlusselementen 10. Des Weiteren ist in 3 das Dichtelement 15 bzw. das Trägerelement 24 in Schnittdarstellung gezeigt. Im Vergleich zu der Darstellung in 1 ist die Halbleiterbaueinheit 2 in der Ansicht der 3 um 90 Grad um die Hochachse gedreht. Bei einer Zusammenschau der 1 mit der 3 ist erkennbar, dass das jeweilige Anschlusselement 10 einen Querschnitt aufweist, der die Form eines flachen Rechtecks aufweist. Hierbei verläuft die Schnittebene für die Anschlusselemente 10 senkrecht zur Darstellungsebene der 3 bzw. der 1. Das bedeutet, dass die Anschlusselemente 10 jeweils als ein Flachleiterelement ausgebildet sind, womit einem Gedanken an eine besonders günstige elektromagnetische Verträglichkeit des Elektronikmoduls 1 im besonderen Maße Rechnung getragen ist. Diese flache Ausbildung der Anschlusselemente 10 ist insbesondere im Bereich des inneren Kreises 6 bevorzugt. Im Bereich der Durchtrittsöffnungen 25 kann das jeweilige Anschlusselement 10 einen runden Querschnitt aufweisen.
Es ist des Weiteren in 3 zu erkennen, dass zumindest einige der Anschlusselemente 10 eine besonders strömungsgünstige Außenform aufweisen, um ein Strömen des Kühlfluids 13 und insbesondere ein Aufsteigen der Dampfblasen 18 nicht zu behindern, sogar zu unterstützen. Denn würden sich die Dampfblasen 18 ohne weiter aufsteigen zu können an einer Stelle der Halbleiterbaueinheit 2, insbesondere an einem der Anschlusselemente 10, fangen und sammeln, entstünde so ein von Kühlfluid 13 freier Raum, in welchem das Anschlusselement 10 dann nicht mehr mit dem Kühlfluid 13 in direktem Kontakt steht. An dieser Stelle wäre dann der Wärmeabtransport mittels des Kühlfluids 13 unterbrochen, sodass es zumindest örtlich begrenzt zu einer Überhitzung in diesem Bereich kommen würde. Aus diesem Grund ist beispielsweise vorgesehen, dass die Anschlusselemente 10 entgegen einer Aufstiegsrichtung des Kühlfluids 13 bzw. der Dampfblasen 18 eine Wölbung 27 aufweisen, sodass das Anschlusselement 10 besonders günstig von dem Kühlfluid 13 umströmbar ist und sodass die Dampfblasen 18 besonders günstig an dem entsprechenden Anschlusselement 10 abgleiten können. Ganz gezielt sind bei dem Elektronikmodul 1 bzw. bei der Halbleiterbaueinheit 2 Wölbungen vermieden, die nach oben hin (das heißt in die Richtung hin, in welcher die Dampfblasen 18 aufsteigen) geschlossen sind.
Das Trägerelement 24 weist einen elektrisch isolierenden Grundkörper 28 auf, der im vorliegenden Beispiel ein Keramiksubstrat umfasst oder aus diesem gebildet ist. So ist sichergestellt, dass die durch das Trägerelement 24 hindurchlaufenden Anschlusselemente 10 zuverlässig voneinander isoliert sind. Um ein Befestigen des Trägerelements 24 an dem Ende 16, insbesondere an dem Gehäuseelement 14, besonders einfach und/oder aufwandsarm auszubilden, weist das Trägerelement 24 im vorliegenden Beispiel ein metallisches Material auf, das eine Außenmantelfläche oder Außenoberfläche 29 des Grundkörpers 28 zumindest teilweise bedeckt. Insbesondere sind die Durchtrittsöffnungen 25 innenseitig und Flächen des Trägerelements 24, die direkt mit dem Gehäuseelement 14 kontaktiert sind, mit dem Material bedeckt bzw. beschichtet. Bei dem metallischen Material kann es sich beispielsweise um Kupfer handeln. Idealerweise handelt es sich bei dem metallischen Material des Trägerelements 24 um das gleiche Material, aus dem das Gehäuseelement 14, insbesondere an der Innenumfangsfläche 20, des Kühlkörpers 8 gebildet ist.
Es ist jedoch vorgesehen, dass das metallische Material auf der Außenoberfläche 29 stellenweise unterbrochen ist, sodass die Durchtrittsöffnungen 25 voneinander elektrisch isoliert sind.
In 4 ist in schematischer Ansicht eine von dem Elektronikmodul 1 unterschiedliche Komponente 30 dargestellt, die einen Kühlkanal 31 aufweist. Es ist zu erkennen, dass das Elektronikmodul 1 zumindest teilweise in den Kühlkanal 31 der Komponente 30 hineinragt. Hierzu weist der Kühlkörper 8 einen Wärmeübertragungsabschnitt 32 auf, der mittels einer Befestigungseinrichtung 33 an oder in der Komponente 30 gehalten ist, wobei der Wärmeübertragungsabschnitt 32 in den Kühlkanal 31 hineinragt. Da der Kühlkanal 31 von einem Kühlmedium 34 durchströmbar ist, kann eine Außenoberfläche des Wärmeübertragungsabschnitts 32 mittels des Kühlmediums 34 fortlaufend gekühlt werden, indem das Kühlmedium 34 den Wärmeübertragungsabschnitt 32 umströmt. Denn der Wärmeübertragungsabschnitt 32 ist, indem das Elektronikmodul 1 über die Befestigungseinrichtung 33 an oder in der Komponente 30 gehalten ist, in das in den Kühlkanal 31 strömende Kühlmedium 34 eingetaucht.
Im vorliegenden Beispiel weist die Befestigungseinrichtung 33 ein erstes Befestigungselement 35 und ein damit korrespondierendes, zweites Befestigungselement 36 auf. Das erste Befestigungselement 35 ist im vorliegenden Beispiel kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Kühlkörper 8 verbunden oder alternativ einstückig mit diesem ausgebildet. Das mit dem ersten Befestigungselement 35 korrespondierende, zweite Befestigungselement 36 ist im vorliegenden Beispiel an der Komponente 30 befestigt oder alternativ mit dieser einstückig ausgebildet. Die Befestigungseinrichtung 33 ist des Weiteren dazu ausgebildet, ein Auftreten des Kühlmediums 34 aus dem Kühlkanal 31 zu verhindern. Das bedeutet, dass mittels der Befestigungseinrichtung 33 der Kühlkanal 31 gegen eine Umgebung desselben fluidisch dicht ist.
In 4 ist demnach ein Anwendungsfall des Elektronikmoduls 1 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das Elektronikmodul 1 in bekannter Weise auf einer Platine 37 angeordnet und insbesondere elektrisch leitend mit dieser verbunden ist. Gleichzeitig ist eine besonders effiziente Kühlung der Halbleiterbaueinheit gewährleistet, indem die Wärme, die beim Rekondensieren des Dampfs 18a in dem Wärmeübertragungsabschnitt 32 mittels des Kühlmediums 34 effizient abgeführt wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist vorgesehen, dass das Elektronikmodul 1 eine elektroisolierende Isolierungsschicht 38 aufweist, die insbesondere an der Innenumfangsfläche 20 des Kühlkörpers 8, insbesondere des Kühlraums 9 und/oder des Wärmeübertragungsabschnitts 32, angeordnet ist. So sind besonders günstige, das heißt räumlich kurze Isolationsabstände, insbesondere zwischen den Anschlusselementen 10 und dem Kühlkörper 8 geschaffen. Es ist vorgesehen, dass die Isolierungsschicht 38 und die Innenumfangsfläche 20 des Kühlkörpers 8 bzw. des Kühlraums 9 direkt bzw. unmittelbar aneinander angrenzen. Das bedeutet, dass die Isolierungsschicht 38 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Kühlkörper 8 bzw. mit der Innenumfangsfläche 20 verbunden ist.
Unter Bezugnahme auf 5 bis 11 wird im Folgenden ein Herstellungsverfahren zum Herstellen des Elektronikmoduls 1 dargelegt.
5 zeigt ein Haltewerkzeug 39, in welches ein erster Verbindungsabschnitt 40 eingelegt wird. Mit anderen Worten wird ein Teil des entsprechenden Anschlusselements 10 in das Haltewerkzeug 39 eingelegt, wobei der Teil des entsprechenden Anschlusselements 10, der in das Haltewerkzeug 39 eingelegt wird, der Verbindungsabschnitt 40 des entsprechenden Anschlusselements 10 ist.
In 7 ist gezeigt, dass ein erstes Abstandswerkzeug 41 auf den ersten Verbindungsabschnitt 40 aufgelegt wird. Es folgt dann - wie in 8 dargestellt - ein Auflegen eines zweiten Verbindungsabschnitts 42, wobei der zweite Verbindungsabschnitt 42 auf das erste Abstandswerkzeug 41 aufgelegt wird. Um das in einem späteren Schritt erfolgende Verlöten der zum Einsatz kommenden Bauelemente zu unterstützen, kann vorgesehen sein, dass auf den ersten Verbindungsabschnitt 40 und auf den zweiten Verbindungsabschnitt 42 ein Löthilfsmittel, insbesondere Lötpaste, aufgebracht wird.
In 9 ist gezeigt, wie zumindest ein erstes, das heißt erstzuverbauendes Bauelement 43, insbesondere mehr als ein erstzuverbauendes Bauelement 43 auf den ersten Verbindungsabschnitt 40 und/oder den zweiten Verbindungsabschnitt 42 aufgelegt wird/werden.
Hiernach wird ein dritter Verbindungsabschnitt 44 auf die erstzuverbauenden Bauelemente 43 aufgelegt, wobei die erstzuverbauenden Bauelemente 43 hierbei als ein jeweiliger Abstandshalter dienen, über welchen der zweite Verbindungsabschnitt 42 und der dritte Verbindungsabschnitt 44 voneinander beabstandet sind. Um ein besonders einfaches Platzieren der Bauelemente in oder an dem Haltewerkzeug 39 zu unterstützen, ist es insbesondere vorgesehen, dass der dritte Verbindungsabschnitt 44 zumindest zweiteilig ist, nämlich einen ersten Verbindungsabschnittsanteil 44a und einen zweiten Verbindungsabschnittsanteil 44b aufweist. Die beiden Verbindungsabschnittsanteile 44a, 44b sind zunächst voneinander separat und werden im Laufe des Verfahrens aneinander gefügt, etwa an einer Verbindungsstelle 45. Auf den dritten Verbindungsabschnitt 44 wird, wie weiter in 10 dargestellt ist, wenigstens zweitzuverbauendes Bauelement 46 aufgelegt. Es ist weiter zu erkennen, dass auf das zweitzuverbauende Bauelement 46 und auf eines der erstzuverbauenden Bauelemente 43 ein vierter Verbindungsabschnitt 47 aufgelegt wird, auf welchen wiederum ein zweites Abstandwerkzeug 48 aufgelegt wird, um den dritten Verbindungsabschnitt 44 und den vierten Verbindungsabschnitt 47 voneinander zu beabstanden.
Das Verfahren zum Herstellen des Elektronikmoduls 1 umfasst insbesondere, dass das Trägerelement 24 bereitgestellt wird, durch welches sich Kontaktabschnitte 12 der Anschlusselemente 10 hindurch erstrecken. Mit anderen Worten ist das Trägerelement 24 bereits mit den Kontaktabschnitten 12 der Anschlusselemente 10 verbunden, bevor es - wie in einem weiteren Schritt angegeben - in das Haltewerkzeug 39 eingesetzt wird. Bei ebendiesem Einsetzen des Trägerelements 24 in das Haltewerkzeug 39 berühren sich ein jeweiliger der Kontaktabschnitte 12 und ein entsprechend zugeordneter der Verbindungsabschnitte 40, 42, 44, 47. Mit anderen Worten berühren sich die jeweiligen Kontaktabschnitte 12 und ein jeweilig entsprechend zugeordneter der Verbindungsabschnitte 40, 42, 44, 47 direkt bzw. unmittelbar. Hierbei wird eine relative Position der Kontaktabschnitte 12 zu den Verbindungsabschnitten 40, 42, 44, 47 sichergestellt, indem die Kontaktabschnitte 12 und das Trägerelement 24 fest aneinander fixiert sind und indem das vorbereitete Trägerelement 24 in ein Längsführungselement 49 des Haltewerkzeugs 39 eingesetzt wird. Denn mittels des Längsführungselements 49 ist das Trägerelement 24 unter einem Einsetzen desselben in das Haltewerkzeug 39 bzw. in das Längsführungselement 49 entlang einer Einführrichtung führbar.
In einem weiteren Schritt wird eine jeweilige elektrisch leitende mechanische Verbindung zwischen den jeweiligen der Kontaktabschnitte 12 und dem entsprechend zugeordneten der Verbindungsabschnitte 40, 42, 44, 47 hergestellt, beispielsweise indem die Kontaktabschnitte 12 und die Verbindungsabschnitte 40, 42, 44, 47 miteinander verlötet werden, verschweißt werden etc. Auf diese Weise ist die Halbleiterbaueinheit 2 geschaffen, wie sie in 11 dargestellt ist.
In einem weiteren Schritt erfolgt das Einsetzen der genannten Bauelemente bzw. der Halbleiterbaueinheit 2 in den Kühlraum 9 des Kühlkörpers 8.
Bezugszeichenliste

1: Elektronikmodul
2: Halbleiterbaueinheit
3: Transistor
4: Kondensator
5: Diode
6: Innerer Kreis
7: Aufwärtswandler
8: Kühlkörper
9: Kühlraum
10: Anschlusselement
11: Verbindungsabschnitt
12: Kontaktabschnitt
13: Kühlfluid
14: Gehäuseelement
15: Dichtelement
16: Ende
17: Wärmeabgabebereich
18: Dampfblasen
18a: Dampf
19: Kondensationsbereich
20: Innenumfangsfläche
21: Pfeil
22: Pfeil
23: Kühlbereich
24: Trägerelement
25: Durchtrittsöffnung
26: Spule
27: Wölbung
28: Grundkörper
29: Außenoberfläche
30: Komponente
31: Kühlkanal
32: Wärmeübertragungsabschnitt
33: Befestigungseinrichtung
34: Kühlmedium
35: Befestigungselement
36: Befestigungselement
37: Platine
38: Isolierungsschicht
39: Haltewerkzeug
40: erster Verbindungsabschnitt
41: Abstandswerkzeug
42: zweiter Verbindungsabschnitt
43: erstzuverbauendes Bauelement
44: dritter Verbindungsabschnitt
44a: erster Verbindungsabschnittsanteil
44b: zweiter Verbindungsabschnittsanteil
45: Verbindungsstelle
46: zweitzuverbauendes Bauelement
47: vierter Verbindungsabschnitt
48: Abstandswerkzeug
49: Längsführungselement

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 102016218817 A1 [0006]
DE 102016218420 A1 [0007]
EP 3401956 A1 [0008]

Claims

Elektronikmodul (1) mit einer Halbleiterbaueinheit (2), mit an dieser angeschlossenen elektrischen Anschlusselementen (10) und mit einem Kühlkörper (8), der einen Kühlraum (9) umfasst, in welchem die Halbleiterbaueinheit (2) mittels der Anschlusselemente (10) starr gehalten ist, wobei der Kühlraum (9) mit einem elektrisch isolierenden Kühlfluid (13) befüllbar oder befüllt ist, sodass die Halbleiterbaueinheit (2) in das Kühlfluid (13) eintauchbar oder eingetaucht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterbaueinheit (2) ein Halbleiterschaltelement (3) und ein weiteres elektrisches oder elektronisches Bauelement (4, 5, 26) aufweist.
Elektronikmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschaltelement (3) ein Schaltelement eines Spannungswandlers (7) bildet.
Elektronikmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterbaueinheit (2) ein Strömungsantriebselement für das isolierende Kühlfluid (13) bildet.
Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des jeweiligen Anschlusselements (10) die Form eines flachen Rechtecks aufweist.
Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein elektroisolierendes Trägerelement (15, 24), welches, indem es an dem Kühlkörper (8) befestigt ist, den Kühlraum (9) und dessen Umgebung gegeneinander fluidisch abdichtet, wobei sich die Anschlusselemente (10) durch das Trägerelement (15, 24) hindurch erstrecken.
Elektronikmodul (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (15, 24) einen elektrisch isolierenden Grundkörper (28) aufweist, dessen Außenoberfläche (29) teilweise mit einem metallischen Material bedeckt ist.
Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (8) einen Wärmeübertragungsabschnitt (32) aufweist, der mittels einer Befestigungseinrichtung (33) in einen von einem Kühlmedium (34) durchströmbaren Kühlkanal (31) einer von dem Elektronikmodul (1) unterschiedlichen Komponente (30) eintauchbar ist.
Elektronikmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenumfangsfläche (20) des Kühlkörpers (8) zumindest teilweise mit einer elektroisolierenden Isolierungsschicht (38) bedeckt ist.
Verfahren zum Herstellen eines nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Elektronikmoduls (1), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Einlegen eines ersten Verbindungsabschnitts (40) eines Anschlusselements (10) in ein Haltewerkzeug (39); - Auflegen eines ersten Abstandswerkzeugs (41) auf den ersten Verbindungsabschnitt (40); - Auflegen eines zweiten Verbindungsabschnitts (42) auf das erste Abstandwerkzeug (41); - Auflegen zumindest eines ersten Bauelements (43) auf den ersten Verbindungsabschnitt (40) und/oder den zweiten Verbindungsabschnitt (42); - Auflegen eines dritten Verbindungsabschnitts (44) auf das zumindest eine erste Bauelement (43), welches als Abstandshalter dient, über welchen der zweite Verbindungsabschnitt (42) und der dritte Verbindungsabschnitt (44) voneinander beabstandet sind; und - Einsetzen der genannten Bauelemente und der Verbindungsabschnitte in einen Kühlraum (9) eines Kühlkörpers (8).
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Bereitstellen eines Trägerelements (15, 24), durch welches sich Kontaktabschnitte (12) der Anschlusselemente (10) hindurch erstrecken; - Einsetzen des Trägerelements (15, 24) in das Haltewerkzeug (39), wobei sich ein jeweiliger der Kontaktabschnitte (12) und ein entsprechend zugeordneter der Verbindungsabschnitte (40, 42, 44, 47) aufgrund des Einsetzens des Trägerelements (15, 24) berühren; - Herstellen einer jeweiligen elektrisch leitenden mechanischen Verbindung zwischen dem jeweiligen der Kontaktabschnitte (12) und dem entsprechend zugeordneten der Verbindungsabschnitte (40, 42, 44, 47).