DE102021202197A1 - Leistungsmodul mit einem keramischen Schaltungsträger, einer flexiblen Leiterplatte und einem Temperatursensor - Google Patents

Leistungsmodul mit einem keramischen Schaltungsträger, einer flexiblen Leiterplatte und einem Temperatursensor Download PDF

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DE102021202197A1
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power module
temperature sensor
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Frank Zander
Tobias Zahn
Christoph Friederich
Dominik Alexander Ruoff
Tatiana Barsukova
Sebastian Strache
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, insbesondere eine Kommutierzelle für einen Inverter. Das Leistungsmodul weist einen insbesondere keramisch ausgebildeten Schaltungsträger und wenigstens eine oder nur eine Halbleiterschalter-Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltern, insbesondere Leistungshalbleiterschaltern auf, wobei die Halbleiterschalter mit dem Schaltungsträger insbesondere stoffschlüssig verbunden sind. Erfindungsgemäß weist das Leistungsmodul der eingangs genannten Art eine flexible Leiterplatte, insbesondere FCB (FCB = Flexible-Circuit-Board) auf, welche mit dem Schaltungsträger insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Die flexible Leiterplatte ist im Bereich der Halbleiterschalter angeordnet. Das Leistungsmodul weist einen Temperatursensor auf, welcher mit der flexiblen Leiterplatte stoffschlüssig verbunden und ausgebildet und angeordnet ist, eine Temperatur des Schaltungsträgers im Bereich der Halbleiterschalter, und insbesondere so mittelbar eine Temperatur der Halbleiterschalter, durch die flexible Leiterplatte hindurch zu erfassen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Leistungsmodul, insbesondere eine Kommutierzelle für einen Inverter. Das Leistungsmodul weist einen insbesondere keramisch ausgebildeten Schaltungsträger und wenigstens eine oder nur eine Halbleiterschalter-Halbbrücke mit zwei Halbleiterschaltern, insbesondere Leistungshalbleiterschaltern auf, wobei die Halbleiterschalter mit dem Schaltungsträger insbesondere stoffschlüssig verbunden sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß weist das Leistungsmodul der eingangs genannten Art eine - insbesondere von dem Schaltungsträger verschiedene -, bevorzugt flexible Leiterplatte, insbesondere FCB (FCB = Flexible-Circuit-Board) auf, welche mit dem Schaltungsträger insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Die flexible Leiterplatte ist im Bereich der Halbleiterschalter angeordnet. Das Leistungsmodul weist einen Temperatursensor auf, welcher mit der flexiblen Leiterplatte stoffschlüssig verbunden und ausgebildet und angeordnet ist, eine Temperatur des Schaltungsträgers im Bereich der Halbleiterschalter, und insbesondere so mittelbar eine Temperatur der Halbleiterschalter, durch die flexible Leiterplatte hindurch zu erfassen.
  • Vorteilhaft kann mittels des Temperatursensors so aufwandsgünstig eine Temperatur der Halbleiterschalter mittelbar erfasst werden. Der Temperatursensor ist bevorzugt mit der flexiblen Leiterplatte verlötet, insbesondere reflow-verlötet. Die flexible Leiterplatte kann so vorteilhaft als Befestigungsmittel zum Befestigen des Temperatursensors auf dem Schaltungsträger dienen. Die von den Halbleiterschaltern erzeugte Verlustwärme kann so entlang einer flachen Erstreckung des Schaltungsträgers, also lateral, zu einem Ort des Schaltungsträgers geleitet werden, auf dem der Temperatursensor angeordnet ist. Der Temperatursensor und der Ort des Schaltungsträgers schließen die flexible Leiterplatte zwischeneinander ein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die flexible Leiterplatte ausgebildet, die Halbleiterschalter mit einem Steuersignal zum Schalten der Halbleiterschalter zu versorgen. Vorteilhaft kann so mittels der flexiblen Leiterplatte ein Steuersignal den Halbleiterschaltern zugeführt werden, als auch ein von dem Temperatursensor erzeugtes Temperatursignal, das eine Temperatur der Halbleiterschalter repräsentiert, weggeleitet werden, und weiter bevorzugt einer Verarbeitungseinheit, insbesondere einem Treiber für die Halbleiterschalter-Halbbrücke, zugeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Leistungsmodul wenigstens eine Bondverbindung, insbesondere ein Bond-Band oder einen Bond-Draht auf, welcher von der flexiblen Leiterplatte zu den Halbleiterschaltern zum Ansteuern der Halbleiterschalter geführt ist. Vorteilhaft kann so eine elektrische Verbindung von der flexiblen Leiterplatte zu den Halbleiterschaltern hin gebildet sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Temperatursensor mit der flexiblen Leiterplatte verlötet, insbesondere reflow-verlötet. Vorteilhaft kann der Temperatursensor so gemeinsam mit anderen elektronischen Bauteilen, beispielsweise Widerständen, Kondensatoren oder einem Treiber für die Halbleiterschalter, verlötet werden.
  • Der Temperatursensor kann in einer anderen Ausführungsform mit der flexiblen Leiterplatte verklebt sein. Die Verklebung, insbesondere ein den Temperatursensor mit der flexiblen Leiterplatte verbindender Klebstoff, kann beispielsweise ein elektrisch leitfähiger Klebstoff sein.
  • Der Temperatursensor kann in einer anderen Ausführungsform mit der flexiblen Leiterplatte mittels eines Sintermittels versintert sein. Das Sintermittel kann beispielsweise eine Sinterpaste, insbesondere Silbersinterpaste sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die flexible Leiterplatte im Bereich des Temperatursensors wenigstens eine wärmeleitfähige Via-Verbindung auf. Die Via-Verbindung ist in der Leiterplatte wenigstens entlang eines Abschnitts ihrer dicken Erstreckung ausgebildet. Vorteilhaft kann so die von den Halbleiterschaltern der Halbleiterschalter-Halbbrücke erzeugte Verlustwärme in dem Schaltungsträger, insbesondere einer elektrisch leitfähigen Schicht des Schaltungsträgers bis hin zu der Via-Verbindung geleitet werden, und dort durch die flexible Leiterplatte im Bereich der Via-Verbindung hindurchgeleitet werden, und so den Temperatursensor erreichen.
  • Die Via-Verbindung ist beispielsweise durch eine insbesondere galvanisch erzeugte wärmeleitfähige Metallbrücke gebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Temperatursensor ein Widerstandssensor. Der Widerstandssensor ist bevorzugt ausgebildet, eine Temperatur zu erfassen und in Abhängigkeit der erfassten Temperatur seinen ohmschen Widerstand zu ändern und so ein temperaturabhängiges Temperatursignal zu erzeugen. Vorteilhaft kann der Temperatursensor so aufwandsgünstig bereitgestellt werden. Der Temperatursensor ist beispielsweise ein NTC-Sensor (NTC = Negativer-Temperatur-Koeffizient). Vorteilhaft kann der Temperatursensor so mit steigender Temperatur eine größere elektrische Leitfähigkeit, und so einen kleineren elektrischen Widerstand aufweisen, sodass ein durch den Temperatursensor fließender Strom bei einem vorbestimmten Schwellwert eine Temperaturschwelle repräsentieren kann, welche nicht überschritten werden soll, und bei deren Überschreiten ein Fehlersignal erzeugt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schaltungsträger ein keramischer Schaltungsträger. Der keramische Schaltungsträger weist bevorzugt eine elektrisch isolierende Keramikschicht, insbesondere Aluminiumoxidschicht oder Siliziumnitrid, und wenigstens eine mit der Keramikschicht verbundene - insbesondere eutektisch verbundene - elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Umverdrahtungsschicht, bevorzugt Kupferschicht auf. Der Schaltungsträger ist beispielsweise ein AMB-Schaltungsträger (AMB = Active-Metal-Brazed), DCB-Schaltungsträger (DCB = Direct-Copper-Bonded), oder ein IMS-Substrat (IMS = Insulated-Metal-Substrate).
  • Vorteilhaft kann der Schaltungsträger so eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Stromtragfähigkeit für die Halbleiterschalter aufweisen. Die Halbleiterschalter sind mit dem Schaltungsträger bevorzugt versintert, oder verlötet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltungsträger eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Leiterbahn auf, welche mit der flexiblen Leiterplatte stoffschlüssig verbunden, insbesondere mittels eines Lotmittels, Sintermittels oder eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs verbunden ist. Die elektrisch leitfähige Schicht ist bis zu den Halbleiterschaltern geführt, sodass ein von den Halbleiterschaltern bis zu dem Temperatursensor gebildete Wärmeübergangswiderstand kleiner ist, als eine in der dazu parallelen Keramikschicht gebildeter Wärmeübergangswiderstand. Die elektrisch leitfähige Schicht erstreckt sich bevorzugt zwischen dem Temperatursensor und der Keramikschicht. Der Temperatursensor und die Keramikschicht schließen so die elektrisch leitfähige Schicht des Schaltungsträgers, und die flexible Leiterplatte zwischeneinander ein.
  • Vorteilhaft kann die von den Halbleiterschaltern erzeugte Verlustwärme so über die Leiterbahn mit einem kleinen Wärmeübergangswiderstand bis hin zu dem Temperatursensor fließen. Die Keramikschicht kann so einen Wärmeübergangswiderstand zu einer Wärmesenke hin bilden, welche mit dem Schaltungsträger wärmeleitfähig verbunden ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Leistungsmodul eine Wärmesenke auf, welche mit dem Schaltungsträger wärmeleitfähig verbunden ist. Der Schaltungsträger ist bevorzugt mit einer von den Halbleiterschaltern abgewandten Seite mit der Wärmesenke wärmeleitfähig verbunden. Der Schaltungsträger weist bevorzugt dazu eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Rückseitenschicht auf, welche mit der Wärmesenke stoffschlüssig verbunden, bevorzugt verlötet ist. Vorteilhaft kann so die von den Halbleiterschaltern erzeugte Verlustwärme zur Wärmesenke hingeleitet werden. Die von den Halbleiterschaltern erzeugte Verlustwärme kann zum Teil mit einem geringen Wärmeübergangswiderstand entlang der elektrisch leitfähigen Schicht bis hin zu dem Temperatursensor geführt werden, und dort durch die flexible Leiterplatte hindurch zu dem Temperatursensor gelangen.
  • Die elektrisch leitfähige Umverdrahtungsschicht des keramischen Schaltungsträgers weist bevorzugt einen größeren längenbezogenen Wärmeleitwert auf, als die elektrisch isolierende Keramikschicht des Schaltungsträgers. Vorteilhaft kann die Verlustwärme so an der Oberfläche des Schaltungsträgers bis hin zu dem Temperatursensor geführt werden. Zwischen der Umverdrahtungsschicht und einer mit dem Schaltungsträger wärmeleitfähig verbundenen Wärmesenke kann so eine Temperaturdifferenz gebildet sein.
  • Die flexible Leiterplatte weist bevorzugt wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere Polyimidschicht, Nylonschicht, Polyesterschicht, Elastomerschicht oder Mylarschicht, und wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Kupferschicht auf. Die flexible Leiterplatte weist bevorzugt wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht auf, welche zwischen einer mit den elektrischen Anschlüssen des Temperatursensors verbundenen Umverdrahtungsschicht, und einer zum Verlöten mit dem Schaltungsträger ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schicht ausgebildet ist. Die elektrisch isolierende Schicht, welche so eine Zwischenschicht bildet, welche sich zwischen dem Temperatursensor und dem Schaltungsträger erstreckt, kann so als elektrische Isolierschicht ausgebildet sein, welche eine hinreichende Durchschlagfestigkeit gegen in dem Schaltungsträger geführte elektrische Spannungen aufweisen kann.
  • Die flexible Leiterplatte ist bevorzugt derart flexibel oder federnd ausgebildet, dass die Leiterplatte rechtwinklig oder U-förmig gebogen werden kann, ohne zu brechen. Bevorzugt ist die flexible Leiterplatte verstärkungsfaserfrei ausgebildet. Vorteilhaft kann die flexible Leiterplatte so derart elastisch ausgebildet sein, dass die flexible Leiterplatte im stoffschlüssigen Verbund mit dem Schaltungsträger Wärmeausdehnungen des Schaltungsträgers folgen kann.
  • Bevorzugt ist die elektrisch isolierende Schicht der flexiblen Leiterplatte dünner ausgebildet, als die elektrisch isolierende Schicht des keramischen Schaltungsträgers.
  • Die elektrisch isolierende Schicht des Schaltungsträgers weist bevorzugt eine Dicke zwischen 0,2 und 1 Millimeter, weiter bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5 Millimeter auf. Die elektrisch isolierende Schicht der flexiblen Leiterplatte weist bevorzugt eine Dicke zwischen 10 Mikrometer und 100 Mikrometer, weiter bevorzugt zwischen 20 Mikrometer und 30 Mikrometer auf. Die flexible Leiterplatte weist bevorzugt eine Dicke zwischen 100 Mikrometer und 500 Mikrometer auf. Bevorzugt beträgt ein Dickenverhältnis zwischen der flexiblen Leiterplatte und dem Schaltungsträger 1 zu 5 bis 1 zu 10.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erfassen einer Temperatur eines Leistungshalbleiterschalters. Bei dem Verfahren wird eine von dem Leistungshalbleiterschalter erzeugte Verlustwärme in einen mit dem Leistungshalbleiterschalter stoffschlüssig verbundenen keramischen Schaltungsträger eingeleitet. Die eingeleitete Verlustwärme wird in dem Schaltungsträger von dem Leistungshalbleiterschalter - insbesondere quer ab - in einer im Bereich des Leistungshalbleiterschalters mit einer Keramikschicht des Schaltungsträgers verbundenen elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere Umverdrahtungsschicht, weggeführt. Die Verlustwärme wird weiter in der elektrisch leitfähigen Schicht zu einer mit der elektrisch leitfähigen Schicht stoffschlüssig verbundenen, insbesondere flexiblen Leiterplatte geführt. Die Verlustwärme wird weiter durch die flexible Leiterplatte entlang einer Dickenerstreckung der flexiblen Leiterplatte hindurch bis hin zu einem mit der flexiblen Leiterplatte verlöteten Temperatursensor geführt. Vorteilhaft kann die flexible Leiterplatte so einen elektrischen Isolator zu der elektrisch leitfähigen Schicht hin bilden. Die elektrisch leitfähige Schicht ist bevorzugt eine Kupferschicht oder Aluminiumschicht.
  • Die Erfindung betrifft auch einen Inverter, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Der Inverter weist für jede Phase wenigstens ein Leistungsmodul der vorbeschriebenen Art auf und ist ausgebildet, eine elektrische Maschine zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zu bestromen. Vorteilhaft kann so eine Temperatur der Leistungselektronik des Inverters aufwandsgünstig und sicher überwacht werden. Der Inverter ist bevorzugt ausgebildet, in Abhängigkeit eines von dem Temperatursensor erzeugten Temperatursignals ein Fehlersignal zu erzeugen oder einen von dem Inverter erzeugten Strom zu begrenzen.
  • Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus einer Kombination der in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmale.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Leistungsmodul, das einen keramischen Schaltungsträger und eine flexible Leiterplatte aufweist, welche miteinander verlötet sind, wobei auf der flexiblen Leiterplatte ein Temperatursensor verlötet ist, welcher ausgebildet und angeordnet ist, eine Temperatur wenigstens eines mit dem Schaltungsträger verbundenen Leistungshalbleiters zu erfassen.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Leistungsmodul 1. Das Leistungsmodul 1 weist einen Schaltungsträger 2 auf. Der Schaltungsträger 2 weist eine elektrisch isolierend ausgebildete Keramikschicht 3, insbesondere eine Aluminiumoxidschicht, auf. Der Schaltungsträger 2 weist auch einen wärmeleitfähig und elektrisch leitfähigen Rückseitenkontakt 4, insbesondere eine Kupferschicht, auf. Der Schaltungsträger 2 ist mit dem Rückseitenkontakt 4 mittels eines Lotmittels 22 mit einer Wärmesenke 7 wärmeleitfähig, und stoffschlüssig verbunden.
  • Der Schaltungsträger 2 weist auch wenigstens eine auf der Keramikschicht 3 angeordnete, und mit der Keramikschicht 3 insbesondere eutektisch verbundene Leiterbahn 5 und eine in diesem Ausführungsbeispiel von der Leiterbahn 5 galvanisch getrennte Leiterbahn 6 auf. Die Leiterbahnen 5 und 6 sind in diesem Ausführungsbeispiel als elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Kupferschicht, insbesondere Dickkupferschicht, ausgebildet.
  • Der Schaltungsträger 2 ist beispielsweise ein AMB-Substrat, ein DCB-Substrat oder ein IMS-Substrat.
  • Das Leistungsmodul 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel auch wenigstens einen Leistungshalbleiterschalter auf, welcher mit dem Schaltungsträger 2, insbesondere der Leiterbahn, stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet oder mittels eines Sintermittels versintert ist.
  • Das Leistungsmodul 1 weist einen Leistungshalbleiterschalter 8 und einen Leistungshalbleiterschalter 9 auf, welche jeweils mit der elektrisch leitfähigen Schicht 6 beziehungsweise der elektrisch leitfähigen Schicht 5 mittels eines Sintermittels 23 versintert sind.
  • Die Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 bilden in diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam eine Halbleiterschalter-Halbbrücke. Die Halbleiterschalter-Halbbrücke weist einen Low-Side-Halbleiterschalter und einen High-Side-Halbleiterschalter auf. Der Leistungshalbleiterschalter 9 bildet dazu den Low-Side- Halbleiterschalter und der Leistungshalbleiterschalter 8 den High-Side-Halbleiterschalter.
  • Das Leistungsmodul 1 weist auch eine flexible Leiterplatte 10 auf. Die flexible Leiterplatte 10 weist wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht 20, insbesondere eine Polyimidschicht oder Polyamidschicht oder Mylarschicht, auf. Die flexible Leiterplatte 10 weist auch wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht auf, welche mit der elektrisch isolierenden Schicht insbesondere mittels Laminieren verbunden ist. Die flexible Leiterplatte 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrisch leitfähige Rückseitenschicht 21 auf, welche mittels eines Lotmittels 22, oder mittels eines wärmeleitfähigen Klebstoffs mit der elektrisch leitfähigen Schicht 6 des Schaltungsträgers 2 verlötet ist. Die flexible Leiterplatte 10 weist auch wenigstens zwei weitere elektrisch leitfähige Schichten 17 und 18 auf, welche auf der zur Rückseitenschicht 21 entgegengesetzten Seite der flexiblen Leiterplatte 10 angeordnet, und mit der elektrisch isolierenden Schicht 20 insbesondere mittels Laminieren verbunden sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten 17 und 18 sind jeweils mit einem Temperatursensor 14 verbunden, insbesondere verlötet, welcher Bestandteil des Leistungsmoduls 1 ist.
  • Der Temperatursensor 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einer sich zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 8 und 9 erstreckenden Verbindungsachse angeordnet, sodass der Temperatursensor 14 von den Leistungshalbleiterschaltern 8 und 9 erzeugte Verlustwärme empfangen kann.
  • Die flexible Leiterplatte 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, den Leistungshalbleiterschaltern 8 und 9 Steuersignale zuzuführen. Dazu sind die Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 jeweils mittels wenigstens eines Bond-Drahtes mit der flexiblen Leiterplatte 10 elektrisch verbunden. Ein Bond-Draht 12, welcher die flexible Leiterplatte 10 mit dem Leistungshalbleiterschalter 9 verbindet, und ein Bond-Draht 13, welche die flexible Leiterplatte 10 mit dem Leistungshalbleiterschalter 8 verbindet, sind beispielhaft bezeichnet.
  • Die flexible Leiterplatte 10 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel zu den Leistungshalbleiterschaltern 8 und 9 benachbart, insbesondere diese flankierend. Die flexible Leiterplatte 10 und die Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 erstrecken sich in diesem Ausführungsbeispiel in der gleichen Ebene des Schaltungsträgers 2. Die Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel zueinander beabstandet, und schließen eine von der flexiblen Leiterplatte 10 ausgehende, und an die flexible Leiterplatte 10 angeformte Zunge 11 zwischeneinander ein. Der Temperatursensor 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf der Zunge 11 der flexiblen Leiterplatte 10 angeordnet. Sowohl die Zunge 11, als auch der Temperatursensor 14 sind in diesem Ausführungsbeispiel auf der sich zwischen den Leistungshalbleiterschaltern 8 und 9 erstreckenden Verbindungsachse angeordnet.
  • Die flexible Leiterplatte 10 weist im Bereich des Temperatursensors 14 wenigstens eine wärmeleitfähige Via-Verbindung, im Folgenden auch Via genannt, auf, welche sich zwischen dem Temperatursensor 14 und der elektrisch leitfähigen Schicht 21 entlang einer Höhenerstreckung der elektrisch isolierenden Schicht 20 bis hin zu einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht 28 beziehungsweise 29 erstreckt. Auf diese Weise kann die elektrisch isolierende Schicht 20 durch die wärmeleitfähigen Vias, welche jeweils beispielsweise durch einen Metallzylinder, insbesondere Kupferzylinder gebildet sind, zur besseren Wärmeleitung durchsetzt sein, wobei die elektrisch leitfähigen Schichten 28 und 29 eine wärmeleitende und/oder wärmespreizende Funktion haben.
  • Die elektrisch isolierende Schicht 20 weist einen Schichtanteil auf, welcher sich zwischen den Vias 19 und der elektrisch leitfähigen Rückseitenschicht 21 erstreckt, sodass die Rückseitenschicht 21 von den Vias 19 elektrisch isoliert, und somit galvanisch getrennt ist. Die Vias durchsetzen die elektrisch isolierende Schicht 20 auf einem Abschnitt entlang ihrer Dickenerstreckung 27. Die elektrisch isolierende Schicht weist beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 25 Mikrometer und 100 Mikrometer auf. Die elektrisch leitfähigen Schichten weisen beispielsweise jeweils eine Schichtdicke zwischen 15 und 30 Mikrometer auf. Die elektrisch isolierende Schicht 20 kann aus mehreren übereinanderliegenden elektrisch isolierenden Einzelschichten gebildet sein.
  • Die Vias 19 sind jeweils mit einer der elektrisch leitfähigen Schichten 17 oder 18 verbunden, welche in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mit einem Anschluss 15 beziehungsweise 16 des Temperatursensors 14 mittels eines Lotmittels 22 verlötet, oder mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs verklebt sind.
  • Der Temperatursensor 14 ist somit mittels der wärmeleitfähigen Vias 19 hinreichend mit der elektrisch leitfähigen Schicht 6 des Schaltungsträgers 2 verbunden, sodass eine von dem Leistungshalbleiterschalter 8 ausgehende Verlustwärme, insbesondere ein Verlustwärmeteilstrom 26, über die elektrisch leitfähige Schicht 6 des Schaltungsträgers 2 bis hin zu der Zunge 11 der flexiblen Leiterplatte 10 geleitet werden kann, und dort die Lotmittelschicht 22, die elektrisch leitfähige Rückseitenschicht 21 und die elektrisch isolierende Polyimidschicht 20, und weiter die Via-Verbindungen 19 durchlaufend, bis hin zu den elektrischen Anschlusskontakten der flexiblen Leiterplatte 10 gelangen kann, welche jeweils durch die elektrisch leitfähigen Schichten 17 und 18 gebildet sind.
  • Die Verlustwärme, welche von dem Leistungshalbleiterschalter 9 erzeugt wird, kann zum Teil, insbesondere in Form eines Verlustwärmeteilstroms 25, über die elektrisch leitfähige Schicht des Schaltungsträgers 2, und weiter einen Spalt zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 5 und der elektrisch leitfähigen Schicht 6 überbrückend, über die elektrisch isolierende Keramikschicht 3 zur elektrisch leitfähigen Schicht 6 fließen, um von dort - wie der Verlustwärmeteilstrom 26 - über die flexible Leiterplatte 10 zum Temperatursensor 14 zu gelangen.
  • Die Wärmesenke 7 weist in diesem Ausführungsbeispiel Fluidkanäle auf, von denen ein Fluidkanal 24 beispielhaft bezeichnet ist. Die Wärmesenke 7 kann so eine zur elektrisch leitfähigen Schicht und/oder zur elektrisch leitfähigen Schicht 5 verschiedene Temperatur aufweisen. Der Temperatursensor 14, welcher in der Nähe der Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 angeordnet ist, kann so eine Temperatur der Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 hinreichend genau erfassen.
  • Der Temperatursensor 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen temperaturabhängigen Widerstand, insbesondere einen NTC-Widerstand, gebildet.
  • Das Leistungsmodul 1 kann - anders als in 1 dargestellt - in einer anderen Ausführungsform eine elektrisch leitfähige Schicht aufweisen, auf der die Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 gemeinsam angeordnet sind. Die elektrisch leitfähigen Schichten 5 und 6 bilden so eine gemeinsame, durchgehend verbundene elektrisch leitfähige Schicht. Die Leistungshalbleiterschalter 8 und 9 können so beispielsweise parallel zueinander, und elektrisch synchron miteinander arbeitend, angesteuert sein.
  • Der Verlustwärmeteilstrom 25 fließt dann nicht mehr, wie in 1 dargestellt, den Spalt überbrückend zum Teil in der elektrisch isolierenden Keramikschicht 3, sondern fließt wie der Verlustwärmeteilstrom 26 durchgehend in der in dieser Ausführungsform durchgehend ausgebildeten elektrisch leitfähigen Schicht.

Claims (10)

  1. Leistungsmodul (1), insbesondere Kommutierzelle für einen Inverter, mit einem insbesondere keramisch ausgebildeten Schaltungsträger (2) und wenigstens einer Halbleiterschalter-Halbbrücke (8, 9) mit zwei Halbleiterschaltern, welche mit dem Schaltungsträger (2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schaltungsträger (2) eine flexible Leiterplatte (10) insbesondere stoffschlüssig verbunden ist, wobei die flexible Leiterplatte (10) im Bereich der Halbleiterschalter (8, 9) angeordnet ist und das Leistungsmodul (1) einen Temperatursensor (14) aufweist, welcher mit der Leiterplatte (10) stoffschlüssig verbunden und ausgebildet und angeordnet ist, eine Temperatur des Schaltungsträgers (2) im Bereich der Halbleiterschalter (8, 9) durch die flexible Leiterplatte (10) hindurch zu erfassen.
  2. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (10) ausgebildet ist, die Halbleiterschalter (8, 9) mit einem Steuersignal zum Schalten der Halbleiterschalter (8, 9) zu versorgen.
  3. Leistungsmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) mit der flexiblen Leiterplatte (10) verlötet ist.
  4. Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (10) im Bereich des Temperatursensors (14) wenigstens eine wärmeleitfähige Via-Verbindung (19) aufweist, welche in der Leiterplatte (10) wenigstens entlang eines Abschnitts ihrer Dickenerstreckung (27) ausgebildet ist.
  5. Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) ein Widerstands-Sensor ist.
  6. Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) mit der flexiblen Leiterplatte (10) verlötet ist.
  7. Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (2) ein keramischer Schaltungsträger mit einer elektrisch isolierenden Keramikschicht (3) und wenigstens einer mit der Keramikschicht (3) verbundenen elektrisch leitfähigen Schicht (5, 6), insbesondere Umverdrahtungsschicht ist.
  8. Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (2) eine elektrisch leitfähige Schicht (5, 6) aufweist, welche mit der flexiblen Leiterplatte (10) stoffschlüssig verbunden ist und elektrisch leitfähige Schicht (5, 6) bis zu den Halbleiterschaltern (8, 9) geführt ist, so dass ein von den Halbleiterschaltern (8, 9) bis zu dem Temperatursensor (14) gebildeter Wärmeübergangswiderstand kleiner ist als ein in der dazu parallelen Keramikschicht (3) gebildeter Wärmeübergangswiderstand.
  9. Leistungsmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsmodul (1) eine Wärmesenke (7) aufweist, welche mit dem Schaltungsträger (2) wärmeleitfähig verbunden ist.
  10. Verfahren zum Erfassen einer Temperatur eines Leistungshalbleiterschalters (8, 9), bei dem eine von dem Leistungshalbleiterschalter (8, 9) erzeugte Verlustwärme in einen mit dem Leistungshalbleiterschalter (8, 9) stoffschlüssig verbundenen, keramischen Schaltungsträger (2) eingeleitet wird, und die eingeleitete Verlustwärme (25, 26) - insbesondere lateral - in dem Substrat von dem Leistungshalbleiterschalter - insbesondere querab - in einer im Bereich des Leistungshalbleiterschalters (8, 9) mit einer Keramikschicht (3) des Schaltungsträgers verbundenen elektrisch leitfähigen Schicht (5, 6) weggeführt wird, und in der elektrisch leitfähigen Schicht zu einer mit der elektrisch leitfähigen Schicht (5, 6) stoffschlüssig verbundenen insbesondere flexiblen Leiterplatte (10) geführt wird, und durch die flexible Leiterplatte (10) entlang einer Dickenerstreckung (27) der Leiterplatte hindurch bis hin zu einem mit der Leiterplatte (10) verlöteten Temperatursensor (14) geführt wird.
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