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Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul für einen Inverter eines elektrischen Antriebs eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs sowie einen entsprechenden Inverter.
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Im Stand der Technik sind reine Elektrofahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge bekannt, welche ausschließlich bzw. unterstützend von einer oder mehreren elektrischen Maschinen als Antriebsaggregate angetrieben werden. Um die elektrischen Maschinen solcher Elektrofahrzeuge bzw. Hybridfahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen, umfassen die Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge elektrische Energiespeicher, insbesondere wiederaufladbare elektrische Batterien. Diese Batterien sind dabei als Gleichspannungsquellen ausgebildet, die elektrischen Maschinen benötigen in der Regel jedoch eine Wechselspannung. Daher wird zwischen einer Batterie und einer elektrischen Maschine eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs üblicherweise eine Leistungselektronik mit einem sog. Inverter geschaltet.
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Derartige Inverter umfassen üblicherweise Halbleiterschaltelemente, die typischerweise aus Transistoren gebildet sind. Dabei ist es bekannt, die Halbleiterschaltelemente in unterschiedlichen Integrationsgraden bereitzustellen, nämlich entweder als diskrete Einzelschalter mit einem geringen Integrationsgrad, jedoch hoher Skalierbarkeit, als Leistungsmodule mit einem hohen Integrationsgrad, jedoch geringer Skalierbarkeit, sowie als Halbbrücken, die hinsichtlich Integrationsgrad und Skalierbarkeit zwischen Einzelschaltern und Halbbrücken rangieren. Jede Halbbrücke umfasst eine Highside-Schaltposition (nachfolgend: „Highside“) mit einem höheren elektrischen Potential und eine Lowside-Schaltposition (nachfolgend: „Lowside“) mit einem niedrigeren elektrischen Potential. Die Highside und die Lowside können jeweils einen oder mehrere Einzelschalter umfassen, die parallelgeschaltet sind.
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In der
DE 10 2006 050 291 A1 wird eine elektronische Baugruppe offenbart, die einen Halbleiterleistungsschalter und eine Halbleiterdiode umfasst. Dabei umfasst eine untere Seite des Halbleiterleistungsschalters einen auf ein Chip-Feld eines Trägerstreifens montierten Ausgangskontakt. Zudem umfasst eine obere Seite des Halbleiterleistungsschalters einen Steuerungskontakt und einen Eingangskontakt. Ein Anodenkontakt der Halbleiterdiode ist auf dem Eingangskontakt des Halbleiterleistungsschalters angeordnet und elektrisch mit diesem verbunden. Ein Kathodenkontakt der Diode wird elektrisch mit dem Ausgangskontakt des Leistungshalbleiterschalters verbunden.
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Die
DE 10 2006 008 632 A1 offenbart ein Leistungshalbleiterbauteil, das einen Flachleiterrahmen, mindestens ein vertikales Leistungshalbleiterbauelement und mindestens ein weiteres elektronisches Bauteil umfasst. Das vertikale Leistungshalbleiterbauelement weist eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Mindestens eine erste Kontaktfläche und mindestens eine Steuerungskontaktfläche sind auf der ersten Seite angeordnet. Mindestens eine zweite Kontaktfläche ist auf der zweiten Seite angeordnet. Das mindestens eine weitere elektronische Bauteil ist auf der zweiten Kontaktfläche des vertikalen Leistungshalbleiterbauelements angeordnet.
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Aus der
DE 10 2015 012 915 A1 ist ein Halbleitermodul mit mindestens zwei Halbleiterelementen bekannt, die jeweils auf einer ersten Seite mindestens eine erste Elektrode und auf einer zweiten Seite mindestens eine zweite Elektrode aufweisen. Das erste Halbleiterelement ist über dem zweiten Halbleiterelement angeordnet. Zwischen dem ersten Halbleiterelement und dem zweiten Halbleiterelement ist eine elektrisch leitende Verbindung angeordnet. Die mindestens eine zweite Elektrode des ersten Halbleiterelements ist mit der elektrisch leitenden Verbindung mechanisch und elektrisch verbunden. Die mindestens eine erste Elektrode des zweiten Halbleiterelements ist mit der elektrisch leitenden Verbindung mechanisch und elektrisch verbunden.
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Aus der noch unveröffentlichten
DE 10 2019 220 010.9 - deren Offenbarung in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen sein soll - ist ein Leistungsmodul bekannt, bei dem die Signalanschlüsse und die Leistungsanschlüsse alle an einer gemeinsamen Seite des Substrats angeordnet sind und von einer Vergussmasse umgeben sind. Die Leistungsanschlüsse und die Signalanschlüsse sind allesamt von der gemeinsamen Seite des Substrats aus zugänglich, derart, dass sich die Leistungsanschlüsse und die Signalanschlüsse von der gemeinsamen Seite des Substrats aus gesehen durch die Vergussmasse hindurch erstrecken und aus ihrer Durchtrittsrichtung durch die Vergussmasse gesehen innerhalb einer von dem Substrat aufgespannten Grundfläche angeordnet sind.
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Aus der noch unveröffentlichten
DE 10 2020 205 420.7 - deren Offenbarung in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen sein soll - ist ein Leistungsmodul bekannt, bei dem die Leistungsanschlüsse und die Signalanschlüsse alle in einem Flachleiterrahmen ausgeformt sind. Enden der Leistungsanschlüsse und der Signalanschlüsse erstrecken sich seitlich aus der Vergussmasse und weisen jeweils eine rechtwinklige Biegung senkrecht zu einer Fläche, entlang derer sich der Flachleiterrahmen erstreckt.
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Die bekannten Leistungsmodule sind jedoch dahingehend nachteilbehaftet, dass die dort verbauten Halbleiterschaltelemente nicht hinreichend effektiv entwärmbar sind. Außerdem werden die Halbleiterschaltelemente ungleichmäßig abgekühlt, was die Funktionalität des Inverters beeinträchtigt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs bereitzustellen, bei der die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise überwunden sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß die Halbbrücke, das Leistungsmodul und den Inverter gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
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Die Erfindung betrifft eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Die Halbbrücke umfasst ein Substrat, Halbleiterschaltelemente, Leistungsanschlüsse und Signalanschlüsse.
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Das Substrat kann beispielsweise als DBC- (Direct Bonded Copper) Substrat, als DPC- (Direct Plated Dopper) Substrat, als AMB- (Active Metal Brazing) Substrat oder als IM- (Insulated Metal) Substrat ausgebildet sein. Auf dem Substrat sind einerseits die Halbleiterschaltelemente angeordnet, insbesondere Transistoren und Dioden, und andererseits die zugehörigen Leistungsanschlüsse und Signalanschlüsse. Das Substrat ist bevorzugt rechteckig ausgebildet, insbesondere als flaches, scheibenartiges Rechteck, mit je zwei gegenüberliegenden Seitenkanten. Ggf. kann das Substrat auch quadratisch ausgebildet sein.
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Die Halbleiterschaltelemente bilden in der Halbbrücke eine Highside und eine Lowside. Die Highside umfasst ein oder mehrere zueinander parallelgeschaltete Halbleiterschaltelemente, und ermöglicht den Stromfluss zwischen dem AC-Leistungsanschluss und dem DC-Plus-Leistungsanschluss. Die Lowside umfasst ein oder mehrere zueinander parallelgeschaltete Halbleiterschaltelemente und ermöglicht den Stromfluss zwischen dem AC-Leistungsanschluss und dem DC-Minus-Leistungsanschluss. Die Highside und die Lowside sind zueinander reihengeschaltet.
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Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Halbleiterschaltelemente als High Electron Mobility Transistor (HEMT), insbesondere Galliumnitrid (GaN)-HEMTs ausgebildet sind. Diese Arten von Halbleiterschaltelementen sind vergleichsweise gut zum verlustarmen und schnellen Schalten geeignet.
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Alternativ können die Halbleiterschaltelemente als Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode und/oder als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren ausgeführt werden. Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode sind dabei im Allgemeinen auch als sog. IGBTs bekannt. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren sind im Allgemeinen auch als sog. MOSFETs bekannt.
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Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass jedem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode eine Freilaufdiode zugeordnet ist. Die Freilaufdioden schützen den ihnen jeweils zugeordneten Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode vor induktiven Überspannungen, insbesondere beim Schalten der Transistoren.
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Die Leistungsanschlüsse sind ihrerseits mit in den Halbleiterschaltelementen integrierten Leistungskontakten, bspw. Source-Elektroden und Drain-Elektroden, oder mit einer Erdmasse elektrisch verbunden, so dass elektrische Leistung von einem Leistungsanschluss durch ein Halbleiterschaltelement zu einem weiteren Leistungsanschluss übertragen werden kann. Über die Leistungsanschlüsse wird dabei die elektrische Versorgung des Elektromotors zum Antrieb des Elektrofahrzeugs oder des Hybridfahrzeugs gewährleistet.
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Die Signalanschlüsse dienen zum elektrischen Schalten der Halbleiterschaltelemente und sind entsprechend mit in den Halbleiterschaltelementen integrierten Signalkontakten der Halbleiterschaltelemente elektrisch verbunden. Je nach Ausbildung der Halbleiterschaltelemente kann dann durch eine Bestromung oder eine Spannungsbeaufschlagung des Signalkontakts das Halbleiterschaltelement stromleitend bzw. stromsperrend geschaltet werden. Vorzugsweise werden auf diese Weise die Halbleiterschaltelemente gemäß einer Pulsbreitenmodulation (Engl.: Pulse-Width-Modulation, PWM) geschaltet, um einen sinusförmigen zeitlichen Verlauf der Phasenströme zu ermöglichen.
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Die Halbleiterschaltelemente, die Leistungsanschlüsse und die Signalanschlüsse der erfindungsgemäßen Halbbrücke sind vorzugsweise auf einer ersten Fläche des Substrats angeordnet. Die Leistungsanschlüsse und die Signalanschlüsse können dort auf einfache Weise von externen Bauteilen, insbesondere Stromschienen (etwa Busbars) kontaktiert werden. Bei der ersten Fläche handelt es sich bevorzugt um eine der zwei einander gegenüberliegenden, vergleichsweise größten Flächen des schichtförmigen Substrats.
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Die Leistungsanschlüsse und/oder die Signalanschlüsse weisen vorzugsweise externe Abschnitte auf, die sich aus einer zur ersten Fläche orthogonalen zweiten Fläche aus der Vergussmasse heraus nach außen erstrecken. Die zweite Fläche ist dabei eine „Seitenfläche“ des vergossenen, schichtförmigen Substrats, die in der Regel deutlich kleiner ist als die erste Fläche. Die externen Abschnitte weisen vorzugsweise jeweils ein Ende auf, welches sich senkrecht zur ersten Fläche erstreckt. Dies ermöglicht eine einfache elektrische Kontaktierung der Leistungsanschlüsse bzw. der Signalanschlüsse von außerhalb der Halbbrücke.
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Erfindungsgemäß weisen die Halbleiterschaltelemente einen räumlichen Verlauf auf, der U- oder V-förmig ist. Eine U-Form umfasst zwei im Wesentlichen gerade Segmente, die in ein mittleres Segment einmünden. Der Übergang zwischen den geraden Segmenten einerseits und dem mittleren Segment kann punktuell oder kurvig sein. Die beiden geraden Segmente bilden zusammen mit dem mittleren Segment eine Öffnung. Eine V-Form umfasst, analog zur U-Form, zwei im Wesentlichen gerade Segmente, die jedoch nicht in ein mittleres Segment einmünden, sondern einander in einem Punkt schneiden bzw. kreuzen. Die beiden im Wesentlichen geraden Segmente der U-Form oder der V-Form können symmetrisch oder asymmetrisch zueinander sein. Alternativ oder zusätzlich sind die Halbleiterschaltelemente bezogen auf eine gerade Richtung unäquidistant angeordnet. Dies bedeutet, dass entlang der geraden Richtung die Halbleiterschaltelemente nicht mit einem einheitlichen oder konstanten Abstand zwischen benachbarten Halbleiterschaltelementen angeordnet. Vielmehr sind die Halbleiterschaltelemente entlang der geraden Richtung mit einem variierenden Abstand zwischen benachbarten Halbleiterschaltelementen angeordnet.
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Auf diese Weise ist die Platzierung der Halbleiterschaltelemente hinsichtlich der Senkung der lokalen Wärmestromdichte verbessert, da die Wärmequellen mit Berücksichtigung thermisch ungenutzter Bereiche des Substrats effektiver verteilt sind. Auch kann man hierdurch vergrößerte Abstände zwischen den Halbleiterschaltelementen erzielen, die von mehrseitiger Quererwärmung betroffen sind. Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung der Halbleiterschaltelemente eine Verringerung der durchschnittlichen Temperatur der Halbleiterschaltelemente innerhalb der Halbbrücke bei gleichbleibender Substratfläche.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Leistungsmodul mit zumindest drei erfindungsgemäßen Halbbrücken, wobei jede der Halbbrücken vorzugsweise einer von zumindest drei Stromphasen eines Wechselstroms, der mittels des Leistungsmoduls basierend auf einem eingespeisten Gleichstrom erzeugt ist, zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Inverter für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs mit einem solchen Leistungsmodul. Vorzugsweise umfasst das Leistungsmodul und/oder der Inverter einen Kühlkörper, der weiter vorzugsweise an eine Unterseite des Substrats angebracht und kann eine Kühlstruktur, etwa Pin-Fin-Strukturen, zum Durchströmen mit einem Kühlmedium aufweisen. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Halbbrücke beschriebenen Vorteile auch für das erfindungsgemäße Leistungsmodul und den erfindungsgemäßen Inverter.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht;
- 2 beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht;
- 3 beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht;
- 4 beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht;
- 5 beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht;
- 6 beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht; und
- 7 beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht.
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Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
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1 zeigt beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke 100 für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Halbbrücke 100 umfasst ein Substrat 118, welches zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht 112 umfasst. Auf der in der Zeichnungsebene oberen Metallschicht der beiden Metallschichten sind mehrere Halbleiterschaltelemente 120a-d, 122a-d angebracht. Wie in 1 ersichtlich ist die obere Metallschicht in einen ersten Bereich 114 und einen zweiten Bereich 116 aufgeteilt, der vom ersten Bereich durch einen Trennungsbereich 113 elektrisch isoliert ist. Mehrere (hier beispielhaft vier) erste Halbleiterschaltelemente 120a-d sind im ersten Bereich 114 angeordnet, wobei mehrere (hier beispielhaft vier) zweite Halbleiterschaltelemente 122a-d im zweiten Bereich 116 angeordnet sind.
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Die ersten Halbleiterschaltelemente 120a-d sind entlang eines Verlaufs angeordnet, der U-förmig ist. Ein erstes Halbleiterschaltelement 120a und ein weiteres erstes Halbleiterschaltelement 120b bilden ein erstes gerades Segment der U-Form. Ein weiteres erstes Halbleiterschaltelement 120c und ein weiteres erstes Halbleiterschaltelement 120d bilden ein zweites gerades Segment der U-Form. Die beiden ersten Halbleiterschaltelemente 120b, 120c bilden ein mittleres Segment der U-Form, in das das erste gerade Segment und das zweite gerade Segment einmünden. Der U-förmige Verlauf der ersten Halbleiterschaltelemente 120a-d ist, wie in 1 gezeigt, an einen ähnlich verlaufenden ersten Rand 115 des ersten Bereichs 114 angepasst. Auf diese Weise sind die ersten Halbleiterschaltelemente 120a-d hinsichtlich der Nutzungsfläche des Substrats 118 effektiver verteilt, sodass die ersten Halbleiterschaltelemente 120a-d wirksamer mit Hilfe des Substrats 118 an einen Kühlkörper (nicht gezeigt) thermisch gekoppelt werden können. Dies verbessert die Entwärmung der Halbleiterschaltelemente 120a-d und reduziert die durchschnittliche Temperatur der Halbleiterschaltelemente 120a-d, 122a-d.
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Die zweiten Halbleiterschaltelemente 122a-d sind hier beispielhaft entlang einer geraden Linie angeordnet. Ein zweiter Rand 117 des zweiten Bereichs 116 verläuft parallel zum ersten Rand und weist wie dieser ebenfalls eine U-Form auf.
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2 zeigt beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Halbbrücke 200 umfasst, analog zur in 1 gezeigten Halbbrücke 100, ein Substrat 218 mit zwei Metallschichten und einer dazwischen angeordneten Isolationsschicht 212 umfasst. Auf dem Substrat 218 sind mehrere Halbleiterschaltelemente 220a-d, 222a-d angebracht. Auch analog zur in 1 gezeigten Halbbrücke 100 ist die obere Metallschicht bei der Halbbrücke 200 in einen ersten Bereich 214 und einen zweiten Bereich 216 aufgeteilt, der vom ersten Bereich durch einen Trennungsbereich 213 elektrisch isoliert ist. Mehrere (hier beispielhaft vier) erste Halbleiterschaltelemente 220a-d sind im ersten Bereich 214 angeordnet, wobei mehrere (hier beispielhaft vier) zweite Halbleiterschaltelemente 222a-d im zweiten Bereich 216 angeordnet sind.
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Der erste Bereich 214 weist wie bei der Ausführungsform in 1 einen U-förmigen ersten Rand 215 auf, wobei der zweite Bereich 216 einen ebenfalls U-förmigen zweiten Rand 217 aufweist, der parallel zum ersten Rand 215 verläuft. Die ersten Halbleiterschaltelemente 220a-d sind hier beispielhaft entlang einer geraden Linie angeordnet. Auch die zweiten Halbleiterschaltelemente 222a-d sind hier beispielhaft entlang einer zu den ersten Halbleiterschaltelementen 220a-d parallelen geraden Linie angeordnet.
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3 zeigt beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke 300 für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Halbbrücke 300 umfasst ein Substrat 318, welches zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht 312 umfasst. Auf der in der Zeichnungsebene oberen Metallschicht der beiden Metallschichten sind mehrere Halbleiterschaltelemente 320a-d, 322a-d angebracht. Wie in 3 ersichtlich ist die obere Metallschicht in einen ersten Bereich 314 und einen zweiten Bereich 316 aufgeteilt, der vom ersten Bereich durch einen Trennungsbereich 313 elektrisch isoliert ist. Mehrere (hier beispielhaft vier) erste Halbleiterschaltelemente 320a-d sind im ersten Bereich 314 angeordnet, wobei mehrere (hier beispielhaft vier) zweite Halbleiterschaltelemente 322a-d im zweiten Bereich 316 angeordnet sind.
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Analog zur in 1 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Halbleiterschaltelemente 320a-d aus 3 entlang eines Verlaufs angeordnet, der U-förmig ist. Die zweiten Halbleiterschaltelemente 322a-d sind hier beispielhaft entlang einer geraden Linie angeordnet. Ein zweiter Rand 317 des zweiten Bereichs 316 verläuft parallel zum ersten Rand und weist wie dieser ebenfalls eine U-Form auf.
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4 zeigt beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke 400 für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Halbbrücke 400 umfasst ein Substrat 418, welches zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht 412 umfasst. Auf der in der Zeichnungsebene oberen Metallschicht der beiden Metallschichten sind mehrere Halbleiterschaltelemente 420a-d, 422a-d angebracht. Wie in 4 ersichtlich ist die obere Metallschicht in einen ersten Bereich 414 und einen zweiten Bereich 416 aufgeteilt, der vom ersten Bereich durch einen Trennungsbereich 413 elektrisch isoliert ist. Mehrere (hier beispielhaft vier) erste Halbleiterschaltelemente 420a-d sind im ersten Bereich 414 angeordnet, wobei mehrere (hier beispielhaft vier) zweite Halbleiterschaltelemente 422a-d im zweiten Bereich 416 angeordnet sind.
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Analog zur in 1 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Halbleiterschaltelemente 420a-d aus 4 entlang eines Verlaufs angeordnet, der U-förmig ist. Ein zweiter Rand 317 des zweiten Bereichs 316 verläuft parallel zum ersten Rand und weist wie dieser ebenfalls eine U-Form auf. Im Unterschied zur in 1 gezeigten Ausführungsform sind die zweiten Halbleiterschaltelemente 422a-d ebenfalls U-förmig angeordnet, wobei die U-Form der zweiten Halbleiterschaltelemente 422a-d entgegengesetzt zur U-Form der ersten Halbleiterschaltelemente 420a-d ausgerichtet ist. Die durch die beiden geraden Segmente der U-Form der ersten Halbleiterschaltelemente 420a-d gebildete Öffnung und die durch die beiden geraden Segmente der U-Form der zweiten Halbleiterschaltelemente 422a-d gebildete Öffnung sind somit voneinander abgewandt.
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5 zeigt beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke 500 für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Halbbrücke 500 umfasst ein Substrat 518, welches zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht 512 umfasst. Auf der in der Zeichnungsebene oberen Metallschicht der beiden Metallschichten sind mehrere Halbleiterschaltelemente 520a-d, 522a-d angebracht. Wie in 5 ersichtlich ist die obere Metallschicht in einen ersten Bereich 514 und einen zweiten Bereich 516 aufgeteilt, der vom ersten Bereich durch einen Trennungsbereich 513 elektrisch isoliert ist. Mehrere (hier beispielhaft vier) erste Halbleiterschaltelemente 520a-d sind im ersten Bereich 514 angeordnet, wobei mehrere (hier beispielhaft vier) zweite Halbleiterschaltelemente 522a-d im zweiten Bereich 516 angeordnet sind.
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Analog zur in 4 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Halbleiterschaltelemente 520a-d aus 5 entlang eines Verlaufs angeordnet, der U-förmig ist. Ein zweiter Rand 517 des zweiten Bereichs 516 verläuft parallel zum ersten Rand 515 des ersten Bereichs 514 und weist wie dieser ebenfalls eine U-Form auf. Im Unterschied zur in 4 gezeigten Ausführungsform sind die zweiten Halbleiterschaltelemente 522a-d zwar auch U-förmig angeordnet. Jedoch ist die U-Form der zweiten Halbleiterschaltelemente 522a-d gleichermaßen wie die U-Form der ersten Halbleiterschaltelemente 520a-d ausgerichtet. Die durch die beiden geraden Segmente der U-Form der ersten Halbleiterschaltelemente 520a-d gebildete Öffnung und die durch die beiden geraden Segmente der U-Form der zweiten Halbleiterschaltelemente 522a-d gebildete Öffnung zeigen somit in gleicher Richtung.
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6 zeigt beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke 600 für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Halbbrücke 600 umfasst ein Substrat 618, welches zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht 612 umfasst. Auf der in der Zeichnungsebene oberen Metallschicht der beiden Metallschichten sind mehrere Halbleiterschaltelemente 620a-d, 622a-d angebracht. Wie in 6 ersichtlich ist die obere Metallschicht in einen ersten Bereich 614 und einen zweiten Bereich 616 aufgeteilt, der vom ersten Bereich durch einen Trennungsbereich 613 elektrisch isoliert ist. Mehrere (hier beispielhaft vier) erste Halbleiterschaltelemente 620a-d sind im ersten Bereich 614 angeordnet, wobei mehrere (hier beispielhaft vier) zweite Halbleiterschaltelemente 622a-d im zweiten Bereich 616 angeordnet sind.
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Analog zur in 5 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Halbleiterschaltelemente 620a-d sowie die zweiten Halbleiterschaltelemente 622a-d aus 6 jeweils U-förmig angeordnet. Ein zweiter Rand 617 des zweiten Bereichs 616 verläuft parallel zum ersten Rand 615 des ersten Bereichs 614 und weist wie dieser ebenfalls eine U-Form auf. Im Unterschied zur in 5 gezeigten Ausführungsform ist die U-Form der ersten Halbleiterschaltelemente 620a-d und die U-Form der zweiten Halbleiterschaltelemente 622a-d entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Die durch die beiden geraden Segmente der U-Form der ersten Halbleiterschaltelemente 620a-d gebildete Öffnung und die durch die beiden geraden Segmente der U-Form der zweiten Halbleiterschaltelemente 622a-d gebildete Öffnung sind einander somit zugewandt.
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7 zeigt beispielhaft und schematisch eine Halbbrücke 600 für einen elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform in einer Draufsicht. Die Halbbrücke 700 umfasst ein Substrat 718, welches zwei Metallschichten und eine dazwischen angeordnete Isolationsschicht 712 umfasst. Auf der in der Zeichnungsebene oberen Metallschicht der beiden Metallschichten sind mehrere Halbleiterschaltelemente 720a-d, 722a-d angebracht. Wie in 7 ersichtlich ist die obere Metallschicht in einen ersten Bereich 714 und einen zweiten Bereich 716 aufgeteilt, der vom ersten Bereich durch einen Trennungsbereich 713 elektrisch isoliert ist. Mehrere (hier beispielhaft vier) erste Halbleiterschaltelemente 720a-d sind im ersten Bereich 714 angeordnet, wobei mehrere (hier beispielhaft vier) zweite Halbleiterschaltelemente 722a-d im zweiten Bereich 716 angeordnet sind.
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Analog zur in 6 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Halbleiterschaltelemente 720a-d sowie die zweiten Halbleiterschaltelemente 722a-d aus 7 jeweils U-förmig angeordnet. Ein zweiter Rand 717 des zweiten Bereichs 716 verläuft parallel zum ersten Rand 715 des ersten Bereichs 714 und weist wie dieser ebenfalls eine U-Form auf. Im Unterschied zur in 6 gezeigten Ausführungsform weisen die beiden geraden Segmente der U-Form der ersten Halbleiterschaltelemente 720a-d bezogen auf das mittlere Segment eine größere Steilheit auf als bei der U-Form der zweiten Halbleiterschaltelemente 722a-d.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700
- Halbbrücke
- 112, 212, 312, 412, 512, 612, 712
- Isolationsschicht
- 113, 213, 313, 413, 513, 613, 713
- Trennungsbereich
- 114, 214, 314, 414, 514, 614, 714
- erster Bereich
- 115, 215, 315, 415, 515, 615, 715
- erster Rand
- 116, 216, 316, 416, 516, 616, 716
- zweiter Bereich
- 117, 217, 317, 417, 517, 617, 717
- zweiter Rand
- 118, 218, 318, 418, 518, 618, 718
- Substrat
- 120a-d, 220a-d, 320a-d, 420a-d, 520a-d, 620a-d, 720a-d
- erste Halbleiterschaltelemente
- 122a-d, 222a-d, 322a-d, 422a-d, 522a-d, 622a-d, 722a-d
- zweite Halbleiterschaltel emente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006050291 A1 [0004]
- DE 102006008632 A1 [0005]
- DE 102015012915 A1 [0006]
- DE 102019220010 [0007]
- DE 102020205420 [0008]
