DE102022111406A1 - POWER SEMICONDUCTOR MODULE WITH PLUG CONNECTION - Google Patents

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Jasper Schnack
Ulf Schümann
Jan Stolley
Jan-Philipp Gördes
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1), wobei das Leistungshalbleiter-Modul einen Leistungsmodulaufbau (2) mindestens einem Lastanschluss (3) mit einem AC-Lastanschluss (12) über jeweilige Leistungshalbleiter (6) verbindend aufweist und der Leistungsmodulaufbau (2) die Steckverbindung (5) funktional als Kontaktverbindung und lösbare Halteverbindung integriert.Ferner betrifft die Erfindung auch eine Verwendung eines Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1).The invention relates to a power semiconductor module with a plug connection (1), wherein the power semiconductor module has a power module structure (2) connecting at least one load connection (3) to an AC load connection (12) via respective power semiconductors (6), and the power module structure (2 ) the plug connection (5) is functionally integrated as a contact connection and detachable holding connection. Furthermore, the invention also relates to the use of a power semiconductor module with a plug connection (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung. Das Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbinder stellt einen integrierten Stromwandler bereit, der sich einfach über die integrierte Steckverbindung mit einem elektrischen Motor verbinden lässt.The invention relates to a power semiconductor module with a plug connection. The power semiconductor module with plug connector provides an integrated current transformer that can be easily connected to an electric motor via the integrated plug connection.

Das Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung umfasst eine konstruktiv einfache Gruppe, deren Schaltungsanordnung Halbleiterbauelemente mit Leistungshalbleitern in Modulbauweise, integrierte Stromwandler, z.B. Hall-Sensoren, Leistungskontakte an dem Halbleiterbauelement, z.B. blechgeformte Lastkontakte und axial geführter Steckverbinder, z.B. mit Kontaktlamelle umfasst. Durch die sehr kompakte Bauweise, können damit eine Vielzahl von räumlichen Anordnungen bevorzugt an rotationssymmetrischen Anlagen, z.B. an einem integrierten Fahrzeug-Antriebswechselrichter an einem E-Maschinen Wickelkopf, bereitgestellt werden. Die jeweiligen Leistungshalbleiter-Module mit Steckverbindung an einer solchen Anlage, sind dabei einfach zu verbinden und austauschbar, servicefreundlich zu warten und zu testen.The power semiconductor module with a plug connection comprises a structurally simple group, the circuit arrangement of which includes semiconductor components with power semiconductors in modular design, integrated current transformers, for example Hall sensors, power contacts on the semiconductor component, for example sheet metal-shaped load contacts and axially guided plug connectors, for example with contact lamella. Due to the very compact design, a variety of spatial arrangements can be provided, preferably on rotationally symmetrical systems, e.g. on an integrated vehicle drive inverter on an electric machine winding head. The respective power semiconductor modules with plug-in connections in such a system are easy to connect and replace, and are easy to maintain and test.

Das erfinderische Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung erfüllt damit alle wichtigen Kriterien und Wünsche an die Einsatztauglichkeit eines Leistungshalbleiter-Moduls durch die Art der Konstruktion mit einer integrierten, multifunktionalen Steckverbindung für ein gutes Wärmeabführungsvermögen, die erforderliche Isolationsspannung und Teilentladungsfestigkeit, die Temperatur- bzw. Lastwechselbeständigkeit der internen Verbindungen, der induktivitätsarme, statisch und dynamisch symmetrische und EMV- gerechte interne Aufbau, das definierte, ungefährliche Verhalten bei Moduldefekt, die unkomplizierte Montage- und Anschlusstechnik sowie die kostengünstige, umweltgerechte Fertigung und Recyclebarkeit nach Ende der Lebensdauer.The inventive power semiconductor module with a plug-in connection fulfills all important criteria and wishes for the usability of a power semiconductor module through the type of construction with an integrated, multifunctional plug-in connection for good heat dissipation, the required insulation voltage and partial discharge resistance, the temperature and load change resistance internal connections, the low-inductance, statically and dynamically symmetrical and EMC-compliant internal structure, the defined, harmless behavior in the event of a module defect, the uncomplicated assembly and connection technology as well as the cost-effective, environmentally friendly production and recyclability after the end of the service life.

Stand der TechnikState of the art

Der Stand der Technik zeigt eine Reihe von Vorrichtungen für Leistungshalbleiter-Module mit Steckverbindungen bzw. Vorrichtungen für Hochstromschnittstellen.The prior art shows a series of devices for power semiconductor modules with plug connections or devices for high-current interfaces.

Die US 7,717,747 B2 zeigt eine Fahrzeug-Wechselrichter-Verbindungsanordnung. Die Baugruppe umfasst ein Gehäuse mit mehreren Eingriffsausbildungen an dem Gehäuse, die so geformt sind, dass sie mit mehreren Wechselrichtereingriffsausbildungen an einem Fahrzeugwechselrichter zusammenpassen und mehrere weitere Eingriffsausbildungen an dem Gehäuse, die so geformt sind, dass sie mit mehreren Motoreingriffsausbildungen an einem Fahrzeugmotor zusammenpassen. Weiter sind mehrere Stromsensoren, die mit dem Gehäuse verbunden gezeigt, die so konfiguriert sind, dass sie den zwischen dem Fahrzeugwechselrichter und dem Fahrzeugmotor fließenden Strom erfassen.The US 7,717,747 B2 shows a vehicle inverter connection arrangement. The assembly includes a housing having a plurality of engagement formations on the housing shaped to mate with a plurality of inverter engagement formations on a vehicle inverter and a plurality of further engagement formations on the housing shaped to mate with a plurality of engine engagement formations on a vehicle engine. Further shown are multiple current sensors connected to the housing that are configured to sense current flowing between the vehicle inverter and the vehicle motor.

Die US 2014/035605 A1 zeigt ein Halbleitermodul mit Gehäuse, einen Schaltungsträger mit einem Isolationsträger und einer auf einer Seite des Isolationsträgers aufgebrachten Metallisierungsschicht sowie eine Anschlussfahne mit einem ersten und zweiten Lastanschlussabschnitt und einem Nebenschlusswiderstandsbereich. Der Nebenschlusswiderstandsbereich ist elektrisch zwischen dem ersten und zweiten Lastanschlussabschnitt angeordnet und mit dem ersten und zweiten Lastanschlussabschnitt in Reihe geschaltet. Die Anschlussfahne im Bereich des zweiten Lastanschlussabschnitts ist durch eine erste kohäsive Verbindung mit einem ersten Abschnitt der Metallisierungsschicht elektrisch leitend verbunden. Der erste Lastanschlussabschnitt ist aus dem Gehäuse herausgeführt und hat ein freies Ende, das an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist.The US 2014/035605 A1 shows a semiconductor module with a housing, a circuit carrier with an insulating carrier and a metallization layer applied to one side of the insulating carrier, and a connection lug with a first and second load connection section and a shunt resistance area. The shunt resistance region is electrically arranged between the first and second load connection sections and connected in series with the first and second load connection sections. The connection lug in the area of the second load connection section is electrically conductively connected to a first section of the metallization layer by a first cohesive connection. The first load connection section is led out of the housing and has a free end which is arranged on the outside of the housing.

Die WO 2019/034741 A1 zeigt ein Leistungshalbleitermodul mit einem Shunt-Widerstand. In dem Leistungshalbleitermodulen werden Sensorikkomponenten integriert. Für eine einfache Strommessung werden dabei sogenannte Shunt-Widerstände (Konstant-WiderstandsElemente) verwendet, die auf eigens dafür vorgesehenen Anschlusszonen auf einen keramischen Leistungssubstrat (DCB) mittels Löten montiert werden. Typischerweise wird das eigentliche Widerstandselement des Shunts aus Manganin (CuMnl2Ni) und die Anschlüsse aus Kupfer hergestellt.The WO 2019/034741 A1 shows a power semiconductor module with a shunt resistor. Sensor components are integrated into the power semiconductor modules. For simple current measurement, so-called shunt resistors (constant resistance elements) are used, which are mounted on specially designed connection zones on a ceramic power substrate (DCB) by soldering. Typically, the actual resistance element of the shunt is made of manganin (CuMnl2Ni) and the connections are made of copper.

Die US 7,187,568 B2 zeigt einen Aufbau für leistungselektronische Schaltungen, die den Leistungsbedarf an einem Gleichstrombus und damit das Auftreten von parasitärer Induktivität reduziert. Der Aufbau zeigt einen Träger, der eine oder mehrere leistungselektronische Schaltungen aufnehmen kann. Der Träger kann die Wärmeabfuhr von den Schaltkreisen dabei durch ein durch den Träger zirkulierendes Fluid unterstützen. Der Träger kann als Abschirmung sowohl gegen externe EMI/RFI als auch gegen Störungen wirken, die durch den Betrieb der leistungselektronischen Schaltungen erzeugt werden. Eine Verbindung der Schaltungen mit externen Schaltungen wird z. B. durch direkten Kontakt zwischen der Klemmenbaugruppe und den AC- und DC-Schaltungskomponenten möglich. Es können dabei modulare Einheiten zusammengebaut werden, die über Steckvorrichtungen oder über eine Schnittstelle mit einer Rückwandplatine oder ähnlichen Montage- und Verbindungsstrukturen mit elektronischen Schaltungen verbunden werden können.The US 7,187,568 B2 shows a structure for power electronic circuits that reduces the power requirement on a DC bus and thus the occurrence of parasitic inductance. The structure shows a carrier that can accommodate one or more power electronic circuits. The carrier can support the heat dissipation from the circuits by means of a fluid circulating through the carrier. The carrier can act as a shield against both external EMI/RFI and interference generated by the operation of the power electronic circuits. A connection of the circuits with external circuits is z. B. possible through direct contact between the terminal assembly and the AC and DC circuit components. Modular units can be assembled that can be connected to electronic circuits via plug-in devices or via an interface with a backplane or similar assembly and connection structures.

Weiter gibt es eine Vielzahl von konstruktiv unterschiedlich ausgeführten Hochstromschnittstellen, wie z.B. in der US 2021/156909 A1 oder der EP 16 222 26 A1 ausgeführt, die eine Hochstromschnittstelle für Kraftfahrzeuge, mit einem Stecker sowie einer auf diesen Stecker aufschiebbaren Buchse zeigt. Hochstromschnittstellen dieser Art haben gegenüber der herkömmlichen Lösung mit Kabelschuhen, Schraubbolzen und Muttern den Vorteil, dass bei der Montage bzw. zum Lösen der Verbindung keine Einzelteile gehandhabt werden müssen und keine Werkzeuge erforderlich sind. Es ist lediglich erforderlich, den Stecker in die Buchse von Hand einzuführen und darin durch Überwinden eines Druckpunktes beide Teile der Hochstromschnittstelle miteinander zu verrasten.There are also a variety of high-current interfaces with different designs, such as in the US 2021/156909 A1 or the EP 16 222 26 A1 executed, which shows a high-current interface for motor vehicles, with a plug and a socket that can be pushed onto this plug. Compared to the conventional solution with cable lugs, screw bolts and nuts, high-current interfaces of this type have the advantage that no individual parts have to be handled during assembly or to release the connection and no tools are required. It is only necessary to insert the plug into the socket by hand and to lock both parts of the high-current interface together by overcoming a pressure point.

Der Stand der Technik zeigt, dass Leistungsmodule zumeist Gehäuse mit Schraub-, tonnenförmigen Steck- oder Lötanschlüssen aufweisen. Bei der Mehrheit der Leistungsmodule sind die verschiedenen Hersteller um weitgehende Kompatibilität mit teils historisch gewachsenen Bauformen bemüht.The state of the art shows that power modules usually have housings with screw, barrel-shaped plug or solder connections. For the majority of power modules, the various manufacturers strive to ensure extensive compatibility with designs that have evolved over time.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die Mängel des Standes der Technik durch einen neuen Ansatz der bautechnischen Integration eines Leistungshalbleiter-Moduls mit Steckverbindung.The present invention eliminates the shortcomings of the prior art through a new approach to the structural integration of a power semiconductor module with a plug connection.

Dabei werden schraubbare Leistungskontakte durch eine einfache und sichere Steckverbindung ersetzt und ein Modul mit den umfangreichen Funktionalitäten einer Spannungswandler-Einheit, Lastkontakten, Stromsensor und Elektro-Maschinenanbindung ausgebildet.Screwable power contacts are replaced by a simple and secure plug connection and a module is formed with the extensive functionalities of a voltage converter unit, load contacts, current sensor and electrical machine connection.

Damit wird z.B. zum einen eine konstruktive Hochintegration außerhalb des Leistungshalbleiter-Moduls ohne eine konstruktive Veränderung des Modulaufbaus ermöglicht und zum anderen eine hohe Leistungsdichte durch die Gesamtsystemintegration aus Inverter und elektrischer Maschine erreichbar.This enables, for example, a high degree of constructive integration outside the power semiconductor module without a structural change to the module structure and, on the other hand, a high power density can be achieved through the overall system integration of the inverter and electrical machine.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine modulare, sowohl funktional als auch bautechnisch hochintegrierte Schaltungsanordnung bereit zu stellen.The present invention is based on the object of providing a modular, both functionally and structurally highly integrated circuit arrangement.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Loslagerung des Leistungskontaktes zur Verringerung der Fehleranfälligkeit aufgrund thermischer Spannungen zu erreichen.Another task is to achieve a floating storage of the power contact to reduce the susceptibility to errors due to thermal stresses.

Eine weitere Aufgabe ist es geringere parasitäre Elemente als bei herkömmlichen Systemen zu realisieren, Leitungslänge und Bauteilanzahl zu verringern, um die Leistungsdichte zu erhöhen. Damit einher geht die Aufgabe das EMV-Verhalten zu verbessern, da die Ausbreitungswege im Modul und aus diesem heraus die ihrer parasitären Elemente einen gravierenden Einfluss auf die entstehenden Funkstörspannungen haben.Another task is to achieve fewer parasitic elements than in conventional systems and to reduce line length and number of components in order to increase the power density. This is accompanied by the task of improving the EMC behavior, since the propagation paths in the module and out of it the parasitic elements have a serious influence on the resulting radio interference voltages.

Eine weitere Aufgabe besteht darin die Servicefreundlichkeit zu erhöhen, indem einzeln, einfach austauschbare und testbare Einheiten als Module bereitgestellt werden. Damit einher geht eine Systemdienliche Konstruktion durch Vereinfachung der mechatronischen Integration zwischen Inverter und elektrischer Maschine zum Erzielen höherer Energiedichten.Another task is to increase service friendliness by providing individually, easily replaceable and testable units as modules. This is accompanied by a system-friendly design by simplifying the mechatronic integration between the inverter and the electrical machine to achieve higher energy densities.

Weiter Aufgabe ist es, den Strom zwischen Leistungsmodul und elektrischer Maschine zu messen, damit die Regelung der gesamten Antriebseinheit ermöglicht werden kann. Diese Sensorik wird unmittelbar in den Schaltungsaufbau an den Lastkontakt integriert, sodass eine externe Messung mit einer einhergehenden Erhöhung der Bauteileanzahl obsolet wird.Another task is to measure the current between the power module and the electrical machine so that the entire drive unit can be controlled. This sensor system is integrated directly into the circuit structure on the load contact, making external measurement obsolete with an associated increase in the number of components.

Gelöst wird diese Aufgabe mit dem erfinderischen Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung und integriertem Stromsensor nach Hauptanspruch.This task is solved with the inventive power semiconductor module with plug connection and integrated current sensor according to the main claim.

Das Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung ist derart erfindungsgemäß ausgebildet, dass das Leistungshalbleiter-Modul einen Leistungsmodulaufbau mindestens einem Lastanschluss mit einem AC-Lastanschluss über jeweilige Leistungshalbleiter verbindend aufweist und der Leistungsmodulaufbau die Steckverbindung funktional als Kontaktverbindung und lösbare Halteverbindung integriert.The power semiconductor module with a plug connection is designed according to the invention in such a way that the power semiconductor module has a power module structure connecting at least one load connection to an AC load connection via respective power semiconductors and the power module structure functionally integrates the plug connection as a contact connection and a detachable holding connection.

Weiter kann der Leistungsmodulaufbau mindestes einen Kühlkörper aufweisen.Furthermore, the power module structure can have at least one heat sink.

In einer Ausgestaltung kann der Leistungsmodulaufbau zumindest einen Kühlkörper mit einer DCB (direct bonded copper) - Struktur aufweisen, auf dem die Leistungshalbleiter angebracht sind.In one embodiment, the power module structure can have at least one heat sink with a DCB (direct bonded copper) structure on which the power semiconductors are attached.

Zudem kann der AC-Lastanschluss mit einem Stromsensor gekoppelt sein.In addition, the AC load connection can be coupled to a current sensor.

Weter kann der Leistungsmodulaufbau zumindest einen Flusskonzentrator aufweisen.Furthermore, the power module structure can have at least one flow concentrator.

Der Leistungsmodulaufbau kann weiterhin in einer Variante einen Leistungsmodulrahmen aufweisen.In one variant, the power module structure can also have a power module frame.

Die Steckverbindung kann zumindest zwei korrespondierende Lamellen aufweisen, die derart dimensioniert ausgebildet sein, dass die Steckverbindung mit den Lamellen einen Maschinendraht lösbar fixierend umfasst.The plug-in connection can have at least two corresponding slats, which are dimensioned in such a way that the plug-in connection with the slats includes a machine wire in a releasably fixing manner.

Weiter kann das Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung einen Leistungsmodulrahmen aufweisen, der derart das Leistungshalbleitermodul mit Steckverbindung umfasst, dass ein vollumfänglicher Hartverguss des Leistungsmodulrahmens möglich ist, wobei lediglich der Lastanschluss nicht umschlossen wird.Furthermore, the power semiconductor module with a plug-in connection can have a power module frame, which encloses the power semiconductor module with a plug-in connection in such a way that complete hard casting of the power module frame is possible, with only the load connection not being enclosed.

Eine erfindungsgemäße Verwendung eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleiter-Moduls mit Steckverbindung kann zur lösbaren Kontaktierung und Halterung an einem jeweiligen Maschinendraht eines Wickelkopfes an einem Statorpaket einer elektrischen Maschine sein.A use according to the invention of a power semiconductor module according to the invention with a plug-in connection can be for detachable contacting and holding on a respective machine wire of a winding head on a stator package of an electrical machine.

Dabei wird die Leistungshalbleiter-Schaltungsanordnung auf einem Material mit sehr hoher Stromtragfähigkeit aufgebaut, z.B. einer DCB (direct bonded copper) - Struktur. Die Vorteile der DCB-Technologie gegenüber anderen Bauweisen liegen vor allem in der hohen Stromtragfähigkeit des Kupfers aufgrund dessen Dicke und der guten Kühlung durch ein Keramikmaterial, der hohen Haftfähigkeit des Kupfers auf der Keramik und der sehr guten Wärmeleitfähigkeit der Keramik.The power semiconductor circuit arrangement is built on a material with a very high current carrying capacity, for example a DCB (direct bonded copper) structure. The advantages of DCB technology over other construction methods lie primarily in the high current-carrying capacity of the copper due to its thickness and the good cooling through a ceramic material, the high adhesion of the copper to the ceramic and the very good thermal conductivity of the ceramic.

Weiter wird in das Leistungshalbleiter-Modul ein berührungsloser Stromsensor, z.B. ein Hall-Element integriert und der Stromsensor mit zumindest einem magnetischem Flusskonzentrator, z.B. aus NiFe, im Leistungshalbleiter-Modul integriert, dabei sitzt der Stromsensor-IC auf einer starrflexiblen Leiterplatte.Furthermore, a non-contact current sensor, for example a Hall element, is integrated into the power semiconductor module and the current sensor with at least one magnetic flux concentrator, for example made of NiFe, is integrated in the power semiconductor module, with the current sensor IC sitting on a rigid-flexible circuit board.

Die Steckverbindung im Leistungshalbleiter-Modul ist als Leistungskontakt mit Lamellen-Steckverbindung ausgelegt und im Leistungshalbleiter-Modul Aufbau integriert.The plug connection in the power semiconductor module is designed as a power contact with a lamella plug connection and is integrated into the power semiconductor module structure.

Das Stecksystem kann auch anders herum ausgeführt werden, so dass der Leistungsmodulausgang als Steckkontakt ausgeführt ist, der in eine Steckverbindung mit Federkontakt gesteckt wird.The plug-in system can also be designed the other way around, so that the power module output is designed as a plug-in contact that is plugged into a plug-in connection with a spring contact.

Damit ist eine vollständige Isolierung aller Bauteile des Leistungshalbleiter-Moduls mit Steckverbindung z.B. über einen vollumfänglichen Hartverguss des Leistungsmodulrahmens möglich.This makes it possible to completely insulate all components of the power semiconductor module with a plug connection, for example by completely hard casting the power module frame.

Der Maschinendraht für die Kontaktierung mit der Steckverbindung des Leistungshalbleiter-Moduls mit Steckverbindung vom Wickelkopf des Statorpakets der elektrischen Maschine ist z.B. als Hair-Pin ausgeführt.The machine wire for contacting the plug connection of the power semiconductor module with the plug connection from the winding head of the stator package of the electrical machine is designed, for example, as a hair pin.

Die am Lastkontakt angeschweißte Steckverbindung mit Lamellen des Leistungshalbleiter-Moduls mit Steckverbindung besteht aus beidseitigem Lamellenförmigem Federblech mit hoher Stromtragfähigkeit, z.B. aus beschichtetem Kupfer-Berrylium.The plug-in connection with lamellas of the power semiconductor module with plug-in connection welded to the load contact consists of lamellar spring plate on both sides with high current-carrying capacity, e.g. made of coated copper-berrylium.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Abbildungen in der Abbildungsbeschreibung beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind.The invention is described below with reference to the accompanying illustrations in the illustration description, which are intended to explain the invention and are not to be viewed as restrictive.

Es zeigen:

  • ein erstes beispielhaftes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung in perspektivischer Ansicht;
  • ein erstes beispielhaftes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung nach in einer Aufsicht;
  • ein erste beispielhafte Detailansicht eines Leistungshalbleiter-Moduls mit Steckverbindung nach in perspektivischer Ansicht;
  • ein erstes beispielhaftes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung nach in einer ersten Seiten-Schnittansicht;
  • ein erstes beispielhaftes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung nach in einer zweiten Seiten-Schnittansicht in einer Verbindung mit einem Wickelkopf und
  • mehrere erste beispielhafte Leistungshalbleiter-Module mit jeweiliger Steckverbindung nach in einer Verbindung mit einem Statorpaket einer elektrischen Maschine in perspektivischer Ansicht.
Show it:
  • a first exemplary power semiconductor module with a plug connection in a perspective view;
  • a first exemplary power semiconductor module with a plug connection in a supervision;
  • a first exemplary detailed view of a power semiconductor module with a plug connection in perspective view;
  • a first exemplary power semiconductor module with a plug connection in a first side sectional view;
  • a first exemplary power semiconductor module with a plug connection in a second side sectional view in a connection with a winding head and
  • several first exemplary power semiconductor modules with respective plug connections in a connection with a stator pack of an electrical machine in a perspective view.

zeigt beispielhaft ein erstes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung 1 in perspektivischer Ansicht. Der Leistungsmodulaufbau 2 umfasst eine Steckverbindung 5, die leitungstechnisch über Leistungshalbleiter 6 mit jeweiligen Lastanschlüssen 3 verbunden ist, wobei der Leistungsmodulaufbau 2 zumindest einen Kühlkörper 4 und einen Stromsensor 8 aufweist. shows an example of a first power semiconductor module with plug connection 1 in a perspective view. The power module structure 2 comprises a plug connection 5, which is connected to respective load connections 3 via power semiconductors 6, the power module structure 2 having at least one heat sink 4 and a current sensor 8.

zeigt beispielhaft ein erstes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung 1 nach in einer Aufsicht, so dass die Bauteile, die auf dem Kühlkörper 4 stehen zu sehen sind. Neben dem Steckverbindung 5 ist auf einer eigenen Leiterplatte 10 ein Stromsensor 8 angebracht. Auf der DCB (direct bonded copper) - Struktur 7 sind die jeweiligen Leistungshalbleiter 6 angebracht. Auf der der Steckverbindung 5 gegenüberliegenden Seite ist der Lastanschluss 3 als Fahne bzw. Lasche ausgebildet. Der Leistungsmodulrahmen 9 umschließt die auf dem Kühlkörper 4 stehenden Bauteile des Leistungsmodulaufbaus 2, so dass dieser einer Grenze für einen möglichen Verguss aufweist, wobei die Kontakte für den Lastanschluss 3 und die Steckverbindung 1 aus dem Leistungshalbleiter-Modul hervorstehen und eine einfache und sichere Kontaktierung ermöglichen. shows an example of a first power semiconductor module with plug connection 1 in a top view so that the components that are on the heat sink 4 can be seen. In addition to the plug connection 5, a current sensor 8 is mounted on its own circuit board 10. The respective power semiconductors 6 are attached to the DCB (direct bonded copper) structure 7. On the side opposite the plug connection 5, the load connection 3 is designed as a flag or tab. The power module frame 9 encloses the components of the power module structure 2 standing on the heat sink 4, so that it has a limit for possible potting, with the contacts for the load connection 3 and the plug connection 1 being off protrude from the power semiconductor module and enable simple and secure contacting.

zeigt beispielhaft eine erste Detailansicht des Anschlusses eines Leistungshalbleiter-Moduls mit Steckverbindung 1 nach in perspektivischer Ansicht. Die Steckverbindung 5 sitzt auf dem AC-Lastanschluss 12. Daneben ist der auf der Leiterplatte 10 angebrachte Stromsensor 8 neben dem Flusskonzentrator 11 konfiguriert. shows an example of a first detailed view of the connection of a power semiconductor module with plug connection 1 in perspective view. The plug connection 5 sits on the AC load connection 12. In addition, the current sensor 8 attached to the circuit board 10 is configured next to the flow concentrator 11.

zeigt beispielhaft ein erstes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung 1 nach in einer ersten Seiten-Schnittansicht. Die Steckverbindung 5 mit zwei Lamellen als Kontakt sitzt auf dem AC-Lastanschluss 12 mit dem Stromsensor 8. Der AC-Lastanschluss 12 ist zur DCB (direct bonded copper) - Struktur 7 mit den jeweiligen Leistungshalbleitern geführt. Von der DCB (direct bonded copper) - Struktur 7 geht der Lastanschluss 3 ab. Die DCB (direct bonded copper) - Struktur 7 liegt auf dem Kühlkörper 4 auf. shows an example of a first power semiconductor module with plug connection 1 in a first side section view. The plug connection 5 with two lamellas as contact sits on the AC load connection 12 with the current sensor 8. The AC load connection 12 is led to the DCB (direct bonded copper) structure 7 with the respective power semiconductors. The load connection 3 comes from the DCB (direct bonded copper) structure 7. The DCB (direct bonded copper) structure 7 rests on the heat sink 4.

zeigt beispielhaft ein erstes Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung 1 nach in einer zweiten Seiten-Schnittansicht in einer Verbindung mit einem Wickelkopf 15 über einen Maschinendraht 14 auf den die Steckverbindung 5 aufgesteckt ist, wobei die Lamellen 13 den Maschinendraht 14 kraftschlüssig lösbar umfassen. Der gesamte Leistungsmodulaufbau 2 mit dem Kühlkörper 4 wird dabei vom Wickelkopf 15 beabstandet gehalten. shows an example of a first power semiconductor module with plug connection 1 in a second side sectional view in a connection with a winding head 15 via a machine wire 14 onto which the plug connection 5 is plugged, the slats 13 surrounding the machine wire 14 in a non-positively releasable manner. The entire power module structure 2 with the heat sink 4 is kept at a distance from the winding head 15.

zeigt beispielhaft mehrere erste Leistungshalbleiter-Module mit jeweiliger Steckverbindung 1 nach in einer Verbindung mit einem Statorpaket 16 einer elektrischen Maschine 17, die nicht weiter ausgeführt ist, in perspektivischer Ansicht. Im Beispiel sind sechs Leistungshalbleiter-Module mit Steckverbindung 1 aufgesteckt auf jeweilige aus dem Statorpaket 16 rotationssymmetrisch geführte Maschinendrähte 14 gezeigt. shows an example of several first power semiconductor modules with respective plug connections 1 in a connection with a stator pack 16 of an electrical machine 17, which is not further developed, in a perspective view. In the example, six power semiconductor modules with a plug connection 1 are shown plugged onto respective machine wires 14 which are guided rotationally symmetrically from the stator package 16.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Leistungshalbleiter-Modul mit SteckverbindungPower semiconductor module with plug connection
22
LeistungsmodulaufbauPower module structure
33
LastanschlussLoad connection
44
KühlkörperHeat sink
55
SteckverbindungPlug connection
66
LeistungshalbleiterPower semiconductors
77
DCB (direct bonded copper) - StrukturDCB (direct bonded copper) structure
88th
StromsensorCurrent sensor
99
LeistungsmodulrahmenPower module frame
1010
LeiterplatteCircuit board
1111
Flusskonzentratorflow concentrator
1212
AC-LastanschlussAC load connection
1313
Lamellenslats
1414
Maschinendrahtmachine wire
1515
Wickelkopfwinding head
1616
StatorpaketStator pack
1717
Elektrische MaschineElectric machine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7717747 B2 [0005]US 7717747 B2 [0005]
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  • US 7187568 B2 [0008]US 7187568 B2 [0008]
  • US 2021156909 A1 [0009]US 2021156909 A1 [0009]
  • EP 1622226 A1 [0009]EP 1622226 A1 [0009]

Claims (9)

Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1), wobei das Leistungshalbleiter-Modul einen Leistungsmodulaufbau (2) mindestens einem Lastanschluss (3) mit einem AC-Lastanschluss (12) über jeweilige Leistungshalbleiter (6) verbindend aufweist und der Leistungsmodulaufbau (2) die Steckverbindung (5) funktional als Kontaktverbindung und lösbare Halteverbindung integriert.Power semiconductor module with plug connection (1), wherein the power semiconductor module has a power module structure (2) connecting at least one load connection (3) to an AC load connection (12) via respective power semiconductors (6). and the power module structure (2) functionally integrates the plug connection (5) as a contact connection and releasable holding connection. Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsmodulaufbau (2) mindestes einen Kühlkörper (4) aufweist.Power semiconductor module with plug connection (1). Claim 1 , characterized in that the power module structure (2) has at least one heat sink (4). Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsmodulaufbau (2) zumindest einen Kühlkörper (4) mit einer DCB (direct bonded copper) - Struktur (7) aufweist, auf dem die Leistungshalbleiter (6) angebracht sind.Power semiconductor module with plug connection (1). Claim 1 or 2 , characterized in that the power module structure (2) has at least one heat sink (4) with a DCB (direct bonded copper) structure (7) on which the power semiconductors (6) are attached. Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der AC-Lastanschluss (12) mit einem Stromsensor (8) gekoppelt ist.Power semiconductor module with plug connection (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the AC load connection (12) is coupled to a current sensor (8). Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsmodulaufbau (2) zumindest einen Flusskonzentrator (11) aufweist.Power semiconductor module with plug connection (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power module structure (2) has at least one flux concentrator (11). Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsmodulaufbau (2) einen Leistungsmodulrahmen (9) aufweist.Power semiconductor module with plug connection (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power module structure (2) has a power module frame (9). Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (5) zumindest zwei korrespondierende Lamellen (13) aufweist, die derart dimensioniert sind, dass die Steckverbindung (5) mit den Lamellen (13) einen Maschinendraht (14) lösbar fixierend umfasst.Power semiconductor module with plug connection (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the plug connection (5) has at least two corresponding slats (13), which are dimensioned such that the plug connection (5) has one with the slats (13). Machine wire (14) is covered in a detachable fixing manner. Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) einen Leistungsmodulrahmen (9) aufweist, der derart das Leistungshalbleitermodul mit Steckverbindung (1) umfasst, dass ein vollumfänglicher Hartverguss des Leistungsmodulrahmens (9) möglich ist, wobei lediglich der Lastanschluss (3) nicht umschlossen wird.Power semiconductor module with a plug connection (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the power semiconductor module with a plug connection (1) has a power module frame (9) which encloses the power semiconductor module with a plug connection (1) in such a way that a complete hard casting of the Power module frame (9) is possible, with only the load connection (3) not being enclosed. Verwendung eines Leistungshalbleiter-Modul mit Steckverbindung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur lösbaren Kontaktierung und Halterung an einem jeweiligen Maschinendraht (14) eines Wickelkopfes (15) an einem Statorpaket (16) einer elektrischen Maschine (17).Use of a power semiconductor module with a plug-in connection (1) according to one of the preceding claims for releasably contacting and holding on a respective machine wire (14) of a winding head (15) on a stator packet (16) of an electrical machine (17).
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